課程設計---電子音樂門鈴

1、<p>　　電子技術課程設計(論文)</p><p>　　題 目 電子音樂門鈴設計 </p><p>　　學院名稱 電氣工程學院 </p><p>　　2012年1月11日</p><p>　　《電子技術課程設計》任務書</p>

2、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言5</b></p><p>　　1. 課程設計思路5</p><p>　　2. 課程設計原理5</p><p>　　1. RC微分電路7</p><p>　　1.1 RC串聯(lián)電路7<

3、/p><p>　　1.2 RC并聯(lián)電路7</p><p>　　1.3 RC串并聯(lián)電路8</p><p>　　2. 基本RS 觸發(fā)器9</p><p><b>　　2.1電路結構9</b></p><p><b>　　2.2工作原理9</b></p><

4、;p>　　2.3 RS觸發(fā)器的特點10</p><p>　　3. 多諧振蕩器12</p><p>　　3.1 多諧振蕩器的基本組成：12</p><p>　　3.2 由CMOS門電路組成的多諧振蕩器13</p><p>　　3.3 工作原理13</p><p>　　4. 時序分配器 CD4017 十進制

5、計數(shù)/分配器17</p><p>　　4.1 CD4017工作原理17</p><p>　　4.3 CD4017真值表及時序圖18</p><p><b>　　附錄22</b></p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　1. 課程

6、設計思路</b></p><p>　　本設計通過開關來開通聲音，通過改變音符振蕩器中的滑動變阻器阻值使輸出的音樂不同，以告知家人開門。若家人來開門，則此時彈簧開關閉鎖，聲音停止。若家中無人開門，則由電路提供音樂，實現(xiàn)電子音樂門路的功能，最后關斷。</p><p><b>　　2. 課程設計原理</b></p><p>　　音樂電子門

7、鈴的電路如圖所示。它主要由觸發(fā)電路、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、時序分配器及樂曲電路等組成。</p><p>　　與非門1、2組成RS觸發(fā)器，S1為門鈴按鈕觸發(fā)開關。干簧管J和永久磁鐵組成開門觸發(fā)開關。與非門3、4組成多諧振蕩器，向IC2提供時鐘信號。IC2是一塊十進制計數(shù)/分配器CD4017，用于時序分配和控制音樂電路的工作。接通電源的瞬間，由C2、R3微分電路形成的脈沖觸發(fā)RS觸發(fā)器，使與非門2輸出高電平，該

8、高電平作用于與非門3的輸入端，使振蕩電路因閉鎖而停振。與此同時，C4、R6微分電路使IC2的R端清零，IC2的Q0端輸出高電平，Q1---Q9端均為低電平，并通過EN端鎖定在此狀態(tài)。當按動S1時，RS觸發(fā)器被觸發(fā)，發(fā)生翻轉，與非門2輸出低電平，IC2和振蕩電路的鎖定狀態(tài)被解除，此時，振蕩器的脈沖輸入給IC2的CP端，IC2開始計數(shù)，其輸出端Q1---Q9 生信號給音樂振蕩電路產(chǎn)生音樂信號經(jīng)VT1和VT2的放大，推動揚聲器發(fā)出音樂聲。P

9、R1~PR3為可調變阻器與電容C7構成振蕩電路，通過改變變阻器值的大小發(fā)出不同頻率的音樂信號，此電路發(fā)出的聲音為“叮 咚、叮 咚”兩聲，中間有個延遲時間。由于振蕩電路產(chǎn)生信號的周期為6---15秒（通過改變PR5和C3的值的大小可以改變周期的大小），因此，</p><p><b>　　音樂門鈴電路圖</b></p><p>　　1. RC微分電路 </p>

10、;<p>　　1.1 RC串聯(lián)電路</p><p>　　組成：由一個電阻R1和一個電容C1串聯(lián)組成。</p><p>　　RC串聯(lián)電路具有純電阻串聯(lián)和純電容串聯(lián)電路綜合起來的特征。</p><p>　　RC串聯(lián)電路的阻抗特性曲線中只有一個轉折頻率。X軸方向為頻率，Y軸方向為這一串聯(lián)電路的阻抗。</p><p>　　當輸入信號頻率

11、f>f0時，整個RC串聯(lián)電路總的阻抗不變，其大小等于R1的阻值，這是因為輸入信號頻率高到一定程度后，電容C1的容抗小到幾乎為零的過程，這樣對C1的容抗可以忽略不計，而電阻R1的阻值是不隨頻率變化而變化的，所以此時無論頻率是否在變化，總的阻抗不變，等于R1的阻值。</p><p>　　RC串聯(lián)電路轉折頻率f0由下列公式?jīng)Q定：f0=1/（2ПR1C1），從式中可以看出，當電容C1的容量取得較大時，轉折頻率f0很

12、小。</p><p>　　1.2 RC并聯(lián)電路</p><p>　　RC并聯(lián)電路由一個電阻R1和一個電容C1相并聯(lián)，這一電路可以接在直流電路中，也可以接在交流電路中。接在直流電路中時，直流電流只能流過電阻R1而不能流過電容C1，這一電路接在交流電路中時R1和C1中都流過交流電流，具體電流大小要視R1、C1容抗的相對大學而定。</p><p>　　輸入信號頻率f<

13、;f0時，由于電容C1的容抗很大（與R1相比很大）而相當于開路，此時整個電路的總阻抗等于R1。 輸入信號頻率f>f0時，由于電容C1的容抗隨頻率的升高而下降，此時C1的容抗小到可以與R1比較，這樣就要考慮C1的存在。</p><p>　　RC并聯(lián)電路的轉折頻率由下列公式?jīng)Q定：f0=1/（2ПR1C1），這一轉折頻率公式與串聯(lián)電路一樣。</p><p>　　1.3 RC串并聯(lián)電路<

14、;/p><p>　　這是一種RC串并聯(lián)電路，R2與C1并聯(lián)之后與R1再串聯(lián)。這一RC串并聯(lián)電路中，電路設計時要求R2的阻值大于R1。R1和R2支路中能夠流過直流電流。 </p><p>　　2. 基本RS 觸發(fā)器</p><p><b>　　2.1電路結構</b></p><p>　　把兩個與非門G1、G2的輸入、輸出端交叉

15、連接，即可構成基本RS觸發(fā)器，其邏輯電路如圖所示。它有兩個輸入端R、S和兩個輸出端Q、Q非。</p><p><b>　　2.2工作原理</b></p><p>　　1.當R端無效(1)，S端有效時(0)，則Q=1,Q非=0,觸發(fā)器置1。 </p><p>　　2.當R端有效(0)、S端無效時(1)，則Q=0,Q非=1,觸發(fā)器置0。</p

16、><p>　　當觸發(fā)器的兩個輸入端加入不同邏輯電平時，它的兩個輸出端Q和Q有兩種互補的穩(wěn)定狀態(tài)。一般規(guī)定觸發(fā)器Q端的狀態(tài)作為觸發(fā)器的狀態(tài)。通常稱觸發(fā)器處于某種狀態(tài)，實際是指它的Q端的狀態(tài)。Q=1、Q非=0時，稱觸發(fā)器處于1態(tài)，反之觸發(fā)器處于0態(tài)。S=0,R=1使觸發(fā)器置1，或稱置位。因置位的決定條件是S=0,故稱S 端為置1端。R=0,S=1時，使觸發(fā)器置0，或稱復位。 </p><p>　　

17、同理，稱R端為置0端或復位端。若觸發(fā)器原來為1態(tài)，欲使之變?yōu)?態(tài)，必須令R端的電平由1變0，S端的電平由0變1。這里所加的輸入信號（低電平）稱為觸發(fā)信號，由它們導致的轉換過程稱為翻轉。由于這里的觸發(fā)信號是電平,因此這種觸發(fā)器稱為電平控制觸發(fā)器。從功能方面看，它只能在S和R的作用下置0和置1，所以又稱為置0置1觸發(fā)器，或稱為置位復位觸發(fā)器。其邏輯符號如圖7.2.1(b)所示。由于置0或置1都是觸發(fā)信號低電平有效，因此，S端和R端都畫有小圓

18、圈。 </p><p>　　3.當RS端均無效時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。 </p><p>　　觸發(fā)器保持狀態(tài)時，輸入端都加非有效電平（高電平），需要觸發(fā)翻轉時，要求在某一輸入端加一負脈沖，例如在S端加負脈沖使觸發(fā)器置1，該脈沖信號回到高電平后，觸發(fā)器仍維持1狀態(tài)不變，相當于把S端某一時刻的電平信號存儲起來，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶功能。 </p><p>　　4.當R

19、S端均有效時，觸發(fā)器狀態(tài)不確定 </p><p>　　在此條件下，兩個與非門的輸出端Q和Q全為1，在兩個輸入信號都同時撤去（回到1）后，由于兩個與非門的延遲時間無法確定，觸發(fā)器的狀態(tài)不能確定是1還是0,因此稱這種情況為不定狀態(tài)，這種情況應當避免。從另外一個角度來說，正因為R端和S端完成置0、置1都是低電平有效，所以二者不能同時為0。</p><p>　　5．RS觸發(fā)器真值表，狀態(tài)轉換圖如圖

20、</p><p><b>　　真值表</b></p><p><b>　　時序圖</b></p><p>　　2.3 RS觸發(fā)器的特點</p><p>　　基本RS觸發(fā)器具有置位、復位和保持（記憶）的功能；</p><p>　　基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)信號是低電平有效，屬于電平觸

21、發(fā)方式；</p><p>　　基本RS觸發(fā)器存在約束條件（R+S=1），由于兩個與非門的延遲時間無法確定；當R=S=0時，將導致下一狀態(tài)的不確定。</p><p>　　當輸入信號發(fā)生變化時，輸出即刻就會發(fā)生相應的變化，即抗干擾性能較差。</p><p><b>　　3. 多諧振蕩器</b></p><p>　　3.1 多

22、諧振蕩器的基本組成：</p><p>　　開關器件：產(chǎn)生高、低電平</p><p>　　反饋延遲環(huán)節(jié)（ RC電路）：利用RC電路的充放電特性實現(xiàn)延時，輸出電壓經(jīng)延時后,反饋到開關器件輸入端，改變電路的輸出狀態(tài),以獲得所脈沖波形輸出。</p><p>　　3.2 由CMOS門電路組成的多諧振蕩器</p><p><b>　　1. 電路

23、組成</b></p><p>　　υo1與υo2反相,電容接在υo與υI之間:</p><p>　　υo1 =1, υo =0 時,電容充電, υI增加;</p><p>　　υo1 =0, υo =1 時,電容放電, υI下降;</p><p><b>　　3.3 工作原理</b></p>&

24、lt;p>　　4. 時序分配器 CD4017 十進制計數(shù)/分配器</p><p><b>　　CD4017引腳圖</b></p><p>　　4.1 CD4017工作原理</p><p>　　十進制計數(shù)／分頻器CD4017，其內部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是Q1、Q2、…Q9依次出現(xiàn)與時鐘同

25、步的高電平，寬度等于時鐘周期 。</p><p>　　HEF4017(同CD4017 )是5 位Johnson 計數(shù)器，具有10 個譯碼輸出端，CP、CR、INH 輸入端。</p><p>　　時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。INH 為低電平時，計數(shù)器在時鐘上升沿計數(shù)；反之，計數(shù)功能無效。CR 為高電平時，計數(shù)器清零。</p&g

26、t;<p>　　Johnson 計數(shù)器，提供了快速操作、2 輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應時鐘周期內保持高電平。在每10 個時鐘輸入周期CO 信號完成一次進位，并用作多級計數(shù)鏈的下級脈動時鐘。</p><p>　　CD4017 提供了16 引線多層陶瓷雙列直插(D)、熔封陶瓷雙列直插(J)、塑料雙列直插(P)和陶瓷片狀載體(C)4 種封

27、裝形式。</p><p>　　4.2 CD4017引出端功能符號CO：進位脈沖輸淵CP：時鐘輸入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 計數(shù)脈沖輸出端VDD：正電源VSS：地</p><p>　　4.3 CD4017真值表及時序圖</p><p><b>　　真值表</b></p><p><b>

28、;　　時序圖</b></p><p><b>　　結論：</b></p><p>　　通過此次電子技術課程設計，讓我了解到了電路元件熟悉程度的重要性，每個元件都有其用處，只有對每個元件的原理很熟悉才可能將其運用自如，熟悉其中的元器件，課外時候要多花時間看一看參考資料，彌補實驗中疏漏的知識點。</p><p>　　通過這次的課程設計，

29、讓我和我的搭檔學會了分工合作，如果我們沒有緊密的配合工作，我們的課程設計可能不會在這么短的時間內做完，或者會存在很多的問題，這是對我們能力的一種鍛煉，同時我們也學到了很多解決問題的方法，比如說不懂的就去圖書館或者網(wǎng)上找資料，將找到的信息學以致用，變成自己的知識，培養(yǎng)了我們獨立解決問題的能力。</p><p>　　總之，課程設計加強了理論與實際的結合，思維與動手能力的結合，個人與團隊的結合。參考書：</p&g

30、t;<p>　　[1]何小艇等編.電子系統(tǒng)設計.浙江大學出版社.2000年.</p><p>　　[2]鄭家龍、王小海、章安元編.集成電子基礎教程.高教出版社，2002年5月.</p><p>　　[3]童詩白、徐振英編.現(xiàn)代電子學及應用.高等教育出版社.1994年.</p><p>　　[4] 陳永甫編著.新編555集成電路應用800例.電子工業(yè)出版