可调稳压电源与叮咚门铃课程设计

可调稳压电源与叮咚门铃

学校：河南理工大学

学院：电气工程及其自动化学院

姓名：侯雅晓

班级：电气10-02班

学号：311008000302

指导教师:艾永乐

摘要：本设计是利用NE555集成芯片来制作一个叮咚门铃，用开关来控制喇叭发出叮咚的声音。NE555集成芯片的工作电压为直流4.5V~16V，于是还需要做一个稳压电源，以便为该电路供电。电源的方案多种多样，在此我选用LM317集成块来做一个可调的稳压电源，该稳压电源输出电压范围为1.25V~12.5V。于是该稳压电源即可为NE555集成芯片提供它所需要的工作电压。

Abstract: The design is to make a “ding-dong” doorbell with the NE555 chip and control the speaker give out the sound of a ding-dong. Because the NE555 chip just can work out in the operating voltage of DC 4.5V ~ 16V, so I also need to make up a regulated power to supply electricity to the circuit. There are a variety of programs in making a regulated power. Here, I select the integrated chip of LM317 to do an adjustable power source, the power source can output a voltage range of 1.25V to 12.5V. So the power supply can provide the source that the NE555 integrated chip needs.

一、设计指标

本设计的初步想法是利用NE555定时器设计一个叮咚门铃，用开关来控制喇叭发出声音，实现喇叭的双音。由于该芯片要用到4.5V~16V的直流电，于是又需要做一个直流电源，以便给该电路提供它所需要的工作电压。在此电源设计共有多种电路方案，我综合比较最终决定做一个可调电源，这是因为可调电源不仅可以稳定输出我所需要的直流电，而且输出电压可以在1.25V~12.5V之间调节，使得该电源也可为其他电路提供工作电压，该方案经济、安全、有效。

二、系统框图

本设计的系统框图如下图（1）所示，其中通过变压器把220V的交流电变为12V的交流电，再通过整流桥整流，经过主电路滤波，使得可调稳压电源的输出电压为1.25V~12.5V。接着用该输出电压驱动NE555集成芯片工作，最终用按键控制喇叭工作实现双音。

图（1）电路设计系统框图

三、电路的设计及分析

（1）可调稳压电源

通过一个2*12的变压器使得电压降低为12V，通过整流桥整流把正弦波的交流电的负半波翻转到正半轴。再通过电容滤波，利用芯片LM317，最终使得输出端电压为1.25V~15V ，电流为3~10mA。

（2）叮咚门铃电路

叮咚门铃电路的设计是基于NE555芯片的基础上形成的。利用上述的可调稳压电源给该电路提供5V的高电压使其驱动喇叭工作，同时在主电路中加一个开关，用来控制门铃发出叮咚的声音。

四、电路的工作原理

（1）可调稳压电源

4.1.1 LM317工作原理

LM317集成芯片是美国半导体公司生产的三端可调正稳压器集成电路，它的输出电压范围是1.2V~37V，负载电流最大为1.5A。它使用简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压，此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317集成芯片的引脚图如

下图（2）所示，由图可以看出，LM317有三个引脚，一个输入，一个输出，一个电压调节。其中1、2、3管脚的判别方法是，当你正拿着LM317集成芯片时，管脚从左到右依次是1管脚、2管脚、3管脚。

图（2）LM317芯片的引脚图

输入最大电压为30多伏，输出电压为1.5~32V，电流1.5A，在连接外电路时，输入引脚输入正电压，输出引脚接负载，电压调节引脚接电阻（200?）左右在输出引脚，另一个接可调电阻（几k?）接于地。输入输出引脚对地要接滤波电容。

4.1.2可调稳压电源的工作原理

可调稳压电源的电路原理图如下图（3）所示，由图可知，经过变压器变压，AC220V 变为AC12V，然后交流电12V的输出电压又送给整流桥，整流桥中的二极管采用IN4007，接着经过2200μF的大电容C1滤波，使得电压谐波减小，从而可以实现把交流电变为直流电的目的。接着用一个瓷质电容C2，此时103和104的都可以，也是滤波作用，同时，C2又与LM317的管脚3相连，以实现过电保护的目的。接着接了一个LM317芯片，其1管脚接10μF的电解电容C3，2管脚引出来接电阻R1、R2，其中R1阻值为120 ? ~240 ?，滑动变阻器是可用4.7K ?、5.1K ?、10K ?、100K ?，3管脚与瓷质电容C2相连，然后再分别在1、2管脚，2、3管脚之间接一个二极管，1管脚接二极管正极，3管脚接二极管负极。接着接一个100μF的电解电容C4，33PF的瓷质电容C5，并在最后输出端并连一个电阻和发光二极管，用来检验输出端是否有电压降。

图（3）可调稳压电源的电路原理图

（2）叮咚门铃电路

叮咚门铃电路主要是依靠NE555芯片进行工作的，首先先介绍一下NE555的电路内部框图及其工作原理，以便对电路图有更加深刻的了解。

4.2.1 555定时器的电路如下图（4）所示。它由三个阻值为5k?的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS 触发器、放电晶体管T 、与非门和反相器组成。

图（4）555定时器的电路图

分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。如5端悬空，则比较器C1的参考电

压为CC U 3

2，加在同相端；C2的参考电压为cc U 3

1，加在反相端。

D R ' 是复位输入端。当0'=D R 时，基本RS 触发器被置0，晶体管T 导通，输出端u0为低电平。正常工作时，1'=D R 。

u11和u12分别为6端和2端的输入电压。当CC U u 3

211>

，CC U u 3

112>

时，C1输出

为低电平，C2输出为高电平，即0=D R ，1=D S ，基本RS 触发器被置0，晶体管T 导通，输出端u0为低电平。

当CC U u 3

211<

，CC U u 3

112<

时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，1=D R ，

0=D S ，基本RS 触发器被置1，晶体管T 截止，输出端u0为高电平。

当CC U u 3

211<

，CC U u 3

112>

时，基本RS 触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。

4.2.2 叮咚门铃电路的工作原理

五、电路仿真及其结果分析

用Multisim软件可以对电路进行分析、仿真，从而来观测电路的工作结果。

（1）可调稳压电源

可调稳压电源的电路仿真图如下图（5）所示：

图（5）可调稳压电源的电路仿真图

该仿真图中，变压器的参数选用0.05455，以实现AC220V到AC12V的降压。最终万用表测的是输出端的输出电压，结果发现，其端口的输出电压随着滑动变阻器阻值的改变可在1.25V~12.5V之间变化，而且其电压值稳定输出。同时发光二极管发出红光。

（2）叮咚门铃电路

叮咚门铃电路的仿真图如下图（6）所示：

图（6）叮咚门铃电路的仿真图

在叮咚门铃的仿真图中，最终测的管脚3的输出电压约为3.65V，该输出电压可以驱动16 ?的喇叭进行工作。由于我没有找到喇叭，在此我用16的电阻代替，先测一下我用万用表测了一下电阻两端的电压降，发现电压很小，单位竟然为纳伏，大约4纳伏左右变化。同时仿真结果发现，只有当开关按下的一刹那发光二极管才会发出绿光，于是综上分析，我认为，只有当开关按下时，喇叭上才有电流流过。故只有此时才能发出声音，但该电路又是如何实现叮咚双音门铃呢？接下来我在对该电路的具体工作流程做一个简单介绍：

六、制作实物过程中遇到的问题

（1）可调稳压电源

首先，在焊电源的时，由于元器件较多，板子选用的是7*10的，面积比较小，我担心最后空间会不足，于是我先拿着元器件在板子上插了一遍，感觉布局合适时，才开始动工、上烙铁。在焊接过程当中，由于我态度比较认真、端正，因此用了一下午时间，从中午一点多开始，到下午七点，长达五个小时的奋战，终于我的板子做好了，接着就是上电，观测结果。第一次检测时，很不幸，结果发现我的板子不会输出电压！于是我认真的检查了一遍线路，发现100μF的电容负极没有接地，于是我赶紧拿着烙铁完成了这最后一根生命线的焊接。怀着忐忑的心情，再次上电，哇！发现二极管能发出红光，接着用万用表检测输出电压为11.09V，再调节滑动变阻器发现输出端的电压也可以随着变阻器阻值的变化而变动。于是我的可调稳压电源就这样做好了，没有遇到什么大的问题。

（2）叮咚门铃电路

叮咚门铃就没有像焊稳压电源是那么幸运了，在焊接过程中，我遇到了很多问题。最

终导致我焊了两次也没有声音出来。首先，第一次焊接！第一次焊接花费的时间最长，因为是第一次焊东西，所以很多地方都不会，比如该怎么上锡，怎样连线等等很多问题。第一次焊好之后，我给它提供了正向高电平。发现有声音出来，但是声音很小，而且也不像是发出的叮咚声。我就开始检测线路，发现有三个地方都没有接好，首先是2管脚引出的电容没有接地，而且2管脚和6管脚之间也没有引一根反馈线，8管脚也没有接电源。于是我就拿着烙铁开始补救，焊完之后发现连微弱的声音也没有了，于是猜测可能是开关的问题，于是我又把自锁开关换成了按键，可结果依然如此。我实在是没有办法了，就拿着万用表一点一点的检测线路，最终发现问题所在，原来是由于我的焊工不行，在焊接过程中我把NE555芯片的5、6、7三个管脚都短接了，于是我先尝试着分开，可是他们联系的如此紧密，无论怎样我也不能使它们断开。于是我开始了我的第二次焊接！

由于现有的元器件不足，于是这次我换了参数，并且在喇叭的输出端加了一个发光二极管来检测什么时候有电流通过。并在焊实物的时候R2用10k ?的电阻，R4用2k ?和100 ?的串联，R1和R3都用的5.1k ?，喇叭用的8 ?。这次焊的比较快，而且由于第一次的教训，我尽量不在芯片管脚处直接焊，而是用线引到外面再焊接，这次我用了一个多小时就焊好了。可是同第一次一样，它还是没有声音！检测一遍，线路没错，又检测一遍，真的没错，到底是什么原因呢？我真的不知道了。

七、元器件清单

（1）可调稳压电源

（2）叮咚门铃电路

九、心得体会

这次课程设计让我学会了很多，这些不是仅仅从课本上就能够知道的。尤其是在焊接过程中，遇到了很多问题，自己摸索着改正了一些，还有一些错误我没有发现，经过同学的帮助就明白了许多。课程设计过程中，思路也很重要，在设计前要有明确的设计思路，同时要有一定的耐心，不能过于急躁和马虎，更不能因为受到一点挫折或做不出来就放弃，要有持之以恒的态度。这次课程设计，查阅了大量的文献的资料，也更清楚的认识到自己所学的不足，通过这次课程设计我学到了很多新的知识，同时也加深了以前所学知识的理解，也增强了编程与仿真的操作能力。在设计的过程中，一方面澄清了先前的一些错误理解，另一方面也真正的体会到了书本知识转化为实践时的困难，往往很不起眼的一件事情，就是设计的关键，必须搞得很清楚。为了查找相关的技术资料，每天上网，去学校图书馆查找资料，虽然辛苦一点，但是令人欣慰的是学到了书本上学不到的东西，并且掌握了设计的一般方法。在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用芯片的能力,对芯片的各个管脚的功能也有了进一步的认识。还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方法。最重要的是让我们自己体会到了做东西的乐趣，虽然在这个过程中，被烙铁烙过手，烙过头发，被电压电过。但是我却觉得这是我进入大学以来做的最有实际意义的作业

最后，我要感谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路。课程设计虽然我做的东西很小，也不起眼，但却使我迈出了人生的第一步，不仅使我学到了很多的东西，而且也使我开阔了眼界，感受颇深。

十、参考文献

1、艾永乐《数字电子技术基础》，中国电力出版社

2、电工电子重心《电子技术实验设计型、综合设计实验》

3、https://www.360docs.net/doc/6315556864.html,/view/97505acd05087632311212ef.html

4、阎石《数字电子技术基础》（第五版）第十章高等教育出版社

课程设计报告的设计观点、理论分析、方案结论、计算等必须正确，尽量做到纲目分明、逻辑清楚、内容充实、轻重得当、文字通顺、图样清晰规范。