課程設(shè)計(jì)---電子音樂門鈴

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　題 目 電子音樂門鈴設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)院名稱 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　2012年1月11日</p><p>　　《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書</p>

2、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言5</b></p><p>　　1. 課程設(shè)計(jì)思路5</p><p>　　2. 課程設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(diǎn)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(shí)序分配器 CD4017 十進(jìn)制

5、計(jì)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(shí)序圖18</p><p><b>　　附錄22</b></p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　1. 課程

6、設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)通過開關(guān)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(shí)彈簧開關(guān)閉鎖，聲音停止。若家中無人開門，則由電路提供音樂，實(shí)現(xiàn)電子音樂門路的功能，最后關(guān)斷。</p><p><b>　　2. 課程設(shè)計(jì)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(shí)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(guān)。干簧管J和永久磁鐵組成開門觸發(fā)開關(guān)。與非門3、4組成多諧振蕩器，向IC2提供時(shí)鐘信號。IC2是一塊十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分配器CD4017，用于時(shí)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(shí)，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(dāng)按動S1時(shí)，RS觸發(fā)器被觸發(fā)，發(fā)生翻轉(zhuǎn)，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(shí)，振蕩器的脈沖輸入給IC2的CP端，IC2開始計(jì)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(yáng)聲器發(fā)出音樂聲。P

9、R1~PR3為可調(diào)變阻器與電容C7構(gòu)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(gè)延遲時(shí)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?。虼?，</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(gè)電阻R1和一個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)折頻率。X軸方向?yàn)轭l率，Y軸方向?yàn)檫@一串聯(lián)電路的阻抗。</p><p>　　當(dāng)輸入信號頻率

11、f>f0時(shí)，整個(gè)RC串聯(lián)電路總的阻抗不變，其大小等于R1的阻值，這是因?yàn)檩斎胄盘栴l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(jì)，而電阻R1的阻值是不隨頻率變化而變化的，所以此時(shí)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(zhuǎn)折頻率f0由下列公式?jīng)Q定：f0=1/（2ПR1C1），從式中可以看出，當(dāng)電容C1的容量取得較大時(shí)，轉(zhuǎn)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(gè)電阻R1和一個(gè)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(shí)，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(shí)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(xué)而定。</p><p>　　輸入信號頻率f<

13、;f0時(shí)，由于電容C1的容抗很大（與R1相比很大）而相當(dāng)于開路，此時(shí)整個(gè)電路的總阻抗等于R1。 輸入信號頻率f>f0時(shí)，由于電容C1的容抗隨頻率的升高而下降，此時(shí)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(zhuǎn)折頻率由下列公式?jīng)Q定：f0=1/（2ПR1C1），這一轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)時(shí)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(jié)構(gòu)</b></p><p>　　把兩個(gè)與非門G1、G2的輸入、輸出端交叉

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

16、><p>　　當(dāng)觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端加入不同邏輯電平時(shí)，它的兩個(gè)輸出端Q和Q有兩種互補(bǔ)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(shí)際是指它的Q端的狀態(tài)。Q=1、Q非=0時(shí)，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(shí)，使觸發(fā)器置0，或稱復(fù)位。 </p><p>　　

17、同理，稱R端為置0端或復(fù)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(dǎo)致的轉(zhuǎn)換過程稱為翻轉(zhuǎn)。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(fù)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(dāng)RS端均無效時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。 </p><p>　　觸發(fā)器保持狀態(tài)時(shí)，輸入端都加非有效電平（高電平），需要觸發(fā)翻轉(zhuǎn)時(shí)，要求在某一輸入端加一負(fù)脈沖，例如在S端加負(fù)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(dāng)于把S端某一時(shí)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(dāng)R

19、S端均有效時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不確定 </p><p>　　在此條件下，兩個(gè)與非門的輸出端Q和Q全為1，在兩個(gè)輸入信號都同時(shí)撤去（回到1）后，由于兩個(gè)與非門的延遲時(shí)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(yīng)當(dāng)避免。從另外一個(gè)角度來說，正因?yàn)镽端和S端完成置0、置1都是低電平有效，所以二者不能同時(shí)為0。</p><p>　　5．RS觸發(fā)器真值表，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖

20、</p><p><b>　　真值表</b></p><p><b>　　時(shí)序圖</b></p><p>　　2.3 RS觸發(fā)器的特點(diǎn)</p><p>　　基本RS觸發(fā)器具有置位、復(fù)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(gè)與非門的延遲時(shí)間無法確定；當(dāng)R=S=0時(shí)，將導(dǎo)致下一狀態(tài)的不確定。</p><p>　　當(dāng)輸入信號發(fā)生變化時(shí)，輸出即刻就會發(fā)生相應(yīng)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(guān)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(shí)現(xiàn)延時(shí)，輸出電壓經(jīng)延時(shí)后,反饋到開關(guān)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(shí),電容充電, υI增加;</p><p>　　υo1 =0, υo =1 時(shí),電容放電, υI下降;</p><p><b>　　3.3 工作原理</b></p>&

24、lt;p>　　4. 時(shí)序分配器 CD4017 十進(jìn)制計(jì)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(jìn)制計(jì)數(shù)／分頻器CD4017，其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是Q1、Q2、…Q9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同

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

26、t;<p>　　Johnson 計(jì)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(jì)數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10 個(gè)時(shí)鐘輸入周期CO 信號完成一次進(jìn)位，并用作多級計(jì)數(shù)鏈的下級脈動時(shí)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(jìn)位脈沖輸淵CP：時(shí)鐘輸入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 計(jì)數(shù)脈沖輸出端VDD：正電源VSS：地</p><p>　　4.3 CD4017真值表及時(shí)序圖</p><p><b>　　真值表</b></p><p><b>

28、;　　時(shí)序圖</b></p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　通過此次電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，讓我了解到了電路元件熟悉程度的重要性，每個(gè)元件都有其用處，只有對每個(gè)元件的原理很熟悉才可能將其運(yùn)用自如，熟悉其中的元器件，課外時(shí)候要多花時(shí)間看一看參考資料，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)中疏漏的知識點(diǎn)。</p><p>　　通過這次的課程設(shè)計(jì)，

29、讓我和我的搭檔學(xué)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(shè)計(jì)可能不會在這么短的時(shí)間內(nèi)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(shí)我們也學(xué)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(xué)以致用，變成自己的知識，培養(yǎng)了我們獨(dú)立解決問題的能力。</p><p>　　總之，課程設(shè)計(jì)加強(qiáng)了理論與實(shí)際的結(jié)合，思維與動手能力的結(jié)合，個(gè)人與團(tuán)隊(duì)的結(jié)合。參考書：</p&g

30、t;<p>　　[1]何小艇等編.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì).浙江大學(xué)出版社.2000年.</p><p>　　[2]鄭家龍、王小海、章安元編.集成電子基礎(chǔ)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(xué)及應(yīng)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(yīng)用800例.電子工業(yè)出版