xx学院
《模拟电子技术》课程设计
题目无线遥控门铃
学生姓名xxx
专业班级x x x x
学号xxx
院（系）xxxx
指导教师xxxxx
完成时间2013年5月31日
目录
1 课程设计的目的 (1)
2 课程设计的任务与要求 (1)
3 方案选择与论证 (1)
3.1 信号发射单元 (1)
3.2 信号接收单元 (3)
3.3 音频功放电路 (4)
3.4 方案的选择 (4)
4 系统设计原则与结构 (5)
4.1 系统设计的原则及指导思想 (5)
4.2 系统结构 (5)
4.3 功能简介 (6)
4.4 创新思想 (6)
5 设计原理与功能说明 (7)
6 单元设计原理 (9)
6.1 反相器原理 (9)
6.2 发射板原理 (10)
7 总结 (12)
参考文献 (13)
附录一：元器件清单 (14)
1 课程设计的目的
所谓无线门铃是针对传统的有线门铃而讲的。传统的门铃都为有线门铃，虽然它也极大的方便了人们的日常生活，然而在一些已装修好的室内，由于传统的门铃布置采用导线将门铃的各个设备连接到一起需要布线，从而破坏装修，让人感到非常麻烦。这就需要有一款能够不需要布线的遥控门铃，来方便大家的日常生活，这就是本设计的目的。
2 课程设计的任务与要求
?设计一个采用无线电遥控的电子门铃。
?发射器采用电池供电，静态电流小；
?采用无线电进行遥控，具有一定的遥控距离；
?具有一定的保密性；
?门铃按键按下有振铃响起；
?接收板用5号电池供电；
3 方案选择与论证
实现同一功能的电路可以有不同的电路形式，而其所产生的影响也决定着电路实现的系统稳定性、性价比、抗干扰性等等。故而选择一个最优的方案是每一个设计者所必须考虑的最重要的问题。
3.1 信号发射单元
1.方案一
采用集成元件，原理图如下：
图3-1 信号发射单元
工作原理：发射机主要器件是一块TWH630微型无线电发射头，当按下发射按键SBl时，它通过内藏天线向空中辐射高频信号。本发射机调制振荡器采用一块普通555时基集成电路，将其接成自激多谐振荡器，输出方波频率f=1.44/（R,+ 2R2）C1，方波信号由电阻器R3加到TWH630的输人端IN对辐射的高频信号进行调制。
2.方案二
运用CD4069芯片，NPN管和晶振产生一个特定的调频信号及其外围电路组成信号发射端。该信号发射端能够根据晶振的筛选频率产生一个特定的调频信号，发射比较稳定，不易受干扰。
图3-2 4069芯片的管脚图
CD4069是6反相器。所谓反相器，就是用6个非门构成的集成块。输入端是高电平时输出端就转为低电平，输入端是低电平时输出端就为高电平，输入和输出端的电平总是相反。总共CD4069UBP有六个。
图3-3 CD4069内部电路图
3.2 信号接收单元
1.方案一
与发送端方案一对应的信号接受电路为：
图3-4 无线遥控接收电路
工作原理：接收机由TWH631无线电接收头、LM567音频译码器及“叮咚一鸟鸣”KI- 156专用集成电路等器件组成，TWH631接收到来自发射模
块的信号后首先进行放大，然后由输出端our送至LM567进行解码，译码器的中心频率主要由RRP＋R4与C4决定，Opf =1 ．1/（RRP＋R4）C4，调整电位器RP,可使中心频率等于发射机的调制频率1kHz，此时集成块的8脚输出低电平，加到IC5的低触发端TG2，使其受到触发发出“叮咚”信号并经晶体管VT放大驱动扬声器BL发声。IC5是一块“叮咚—鸟鸣．”音乐集成电路，它有两个触发端，一个为高电平触发端TG1，它受高电平触发，OUT端输出的是鸟鸣信号，该触发端对低电平无效；另一个为低电平触发端TG2，当受低电平触发时，OUT端输出的是“叮咚”信号，它对高电平无效。SB2为装在门框上的按键，客人来访时按动的是SB2,此时高电平触发端TG2受到触发，故扬声器BL发出的是“鸟鸣”响声。
2.方案二
运用基本的NPN管和一个晶振及其外围电路组成信号接收端。在里面加一个晶振后会由信号发射端的晶振的筛选频率做出筛选，选出特定的信号频率，进行放大和输入下一级的音频功放电路里面。
3.3 音频功放电路
运用常用的音乐IC芯片及功放组成音频功放电路。对输入进来的信号产生音乐IC里面所存储的音乐声音！
3.4 方案的选择
方案（一）：
1.优点：电路选用集成度较高的TDA7021T和TDA7052芯片，使得整体的电路比较精巧。芯片的规格比较高，使得在信号筛选上表现出色，精确度比较高。在做实物时，焊接比较方便，便于大批量生产。
2.缺点：电路的集成度高使得电路的制作成本比较高，在信号的调制时，
由于采用的收音机的原理，在信号的筛选上存在一定的不确定。
方案（二）：
1.优点:电路简单，符合现阶段的知识的运用，而且芯片都比较常见，易买，易操作。特别是电路里面加入晶振筛选调频信号，使的发射出去的信号频率确定，易于接收端的选定。在接收端运用NPN管组成的超再生接收电路，接收到的信号经次电路再加上后面的晶体振荡管，使得频率的选定很方便。无线的传输距离比较理想。
2.缺点：集成度不够高。
经过上面的比较可知，第一种方案和第二种方案的效果差不多，从整个电路图来看，第一种方案中，使用集成芯片比第二种较多，相应的，电路所需元件也较第二种少，但是，由于需要仿真的缘故，所以，选用第二种方案，而且，的第二种方案也比较法符合这次的要求。
4 系统设计原则与结构
4.1 系统设计的原则及指导思想
该无线音乐门铃系统用CD4069集成块来作发射和接收主电路，合理的设计应该在保证产品必备功能的前提下，使制造成本最低，使电路更简单。同时，还要保证系统电路的性能和稳定性，确保电路能正常工作，避免出现因电路电流过大而烧坏元器件的现象。
该系统通过先进的脉码调制发射及石英晶振稳频技术使发射板和接收板产生谐振，通过解调、放大、整形、功率放大推挽喇叭发音。
4.2 系统结构
图4-1 发射板、接收板工作原理图
4.3 功能简介
发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。接收板由超再生振荡接收器完成接受信号功能，再经选频、放大、整形后使得喇叭发声。当有人按下发射板开关时，发射器开始工作，发射出电磁波信号；接收板产生谐振，经整形、推挽放大使音乐响起。
4.4 创新思想
?可以将发射板的信号触发用其他电路代替（如：用555构成的多谐振荡器等）；
?无线音乐门铃设计应答方式，例如语音方式（如无人，请以后来等)； ?应答后，20秒钟内仍然有人按门铃，且再次语音应答提示后，门被撬动提供告警（语音，光或电话等)；
?可以采用AT89C2051单片机作为中央处理芯片，使得该系统的功能扩展，将该无线遥控门铃设计成集无线门铃和无线防盗报警器于一身的无线门铃报警器；
?将音乐芯片HS-088换成一个双稳触发电路，再配一个继电器或可控硅，就可作为实用的遥控开关或遥控电灯使用了。
5 设计原理与功能说明
遥控门铃电路由编码信号发射和接收两部分组成，其可靠性、抗干扰性优于传统门铃，正得到越来越多的广泛应用。传统的门铃都为有线门铃，使用方便，极大地方便了大家的生活。当发射器发射信号时接收器接到所发射的信号，并将该信号转变为电压值，输入到锁存器里锁存，再通过接收器外围的控制电路控制继电器动作，使部件工作。
发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。调制级电路由一块廉价的国产CD4069和32.768KHz晶体完成，CD4069是6反相器。所谓反相器，就是么相器都有两端，输入端是高电平时输出端就转为低电平，输入端是低电平时输出端就为高电平，输入和输出端的电平总是相反。如图1脚和2脚为第一个反相器，本文称反相器1，之后称反相器2、3、……，总共CD4069有六个。
图5-1 接收器原理电路图
发射器开关按下时，反相器1和2及相关元件组成振荡发生器，产生32.768KHz低频信号。过程：反相器1的1脚开始为低电平，2脚就是高电平，4脚也为高电平。2脚的高电平经R2对晶体X1充电，充电电流经R2-X1-反相器2的4脚到负极。充电时间由X1决定，等效电容为200P。由于X1的充电，X1上的电压逐渐上升，左正右负，当升至反相器1的翻转电平时，2脚就由原来的高电平转为低电平，4脚也同时转为低电平。X1开始放电，放电通路为R2-反相器1的2脚-负极。放电后X1上的电位降低，到一定程度时1脚降为低电平了，输出端又翻转成高电平，再次对X1充电，至此已完成一个充放电过程，即一个振荡周期，4脚输出一次低高变化的电平。之后振荡一直持续下去，反相器2的4脚就会一直输出高低不断变化的电平信号。这个信号的频率由晶体；决定，为32.768kHz。上面解说的过程在电路实际工作时完成得极快。
图5-2 发射器原理电路图
反相器1和反相器2用于产生振荡信号，反相器3~6并联使用，构成输出控制，能提供20-30mA的灌入电流。反相器3~6的输出端接在发射管Q1的发射极对Q1进行调幅，向外发射电磁波。
Q1、L1、C3和6P电容组成高频振荡器，振荡频率由印刷电感L1和JC3及三极管的集电结电容决定。一般为200-270MHz。Q1的发射极如果直接接在负极时就能产生等幅高频波，再接在反相器的输出端就使输出受32.768KH振荡信号调制，通过印刷电感发射信号。按键每按一次就发射一次。
Q3、L3、C4、C5为超再生振荡接收器，L3为绕制线圈，在直径5mm 的骨架上绕制，用0.51漆包线绕3圈，骨架中间用铜芯调节。当L3的振荡频率与发射端相同时，谐振，Q3的超再生信号就受发射端的调幅信号控制，L4为扼流线圈，阻止高频信号通过。超再生振荡电路具有自检波功能，检波后的调制信号在R4上产生压降，经R5、C9送入IC2进行放大，整形再放大，这由三个反相器13和12、11和10、1和2完成，C11滤波滤除检波后的高频杂波，使用检波后的有用信号信噪比最大。经三极放大后的调制信号与发射端（低频32.768KHz）同频，X2在电路中起选频作用，同频率的信号能顺利通过，免除了许多不需要的各种外界信号的干扰，选频后的信号送入Q2放大整形，该信号的幅度还较低，经最后两级开路反相放大后输出等幅方波信号。R11限流，C12滤波，对方波进行平滑滤波，并有数十毫秒的延时，也能消除外界尖脉冲对触发电路的干扰，K是乐曲选择开关，音乐信号经Q4放大推动喇叭发出优美的门铃音乐声。
6 单元设计原理
6.1 反相器原理
反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管。两个MOS管的开启电压VGS（th)P0,通常为了保证正常工作，要求VDD>|VGS（th)P|+VGS （th)N。若输入vI为低电平（如0V),则负载管导通,输入管截止,输出电压接
近VDD。若输入vI为高电平（如VDD),则输入管导通,负载管截止,输出电压接近0V。
图6-1 反相器原理图
6.2 发射板原理
发射器开关按下时，反相器1和2及相关元件组成振荡发生器，产生32.768KHz低频信号。过程：反相器1的1脚开始为低电平，2脚就是高电平，4脚也为高电平。2脚的高电平经R2对晶体X1充电，充电电流经R2-X1-反相器2的4脚到负极。充电时间由X1决定，等效电容为200P。由于X1的充电，X1上的电压逐渐上升，当升至反相器1的翻转电平时，2脚就由原来的高电平转为低电平，4脚也同时转为低电平。X1开始放电，放电通路为R2-反相器1的2脚-负极。放电后X1上的电位降低，到一定程度时1脚降为低电平了，输出端又翻转成高电平，再次对X1充电，至此已完成一个充放电过程，即一个振荡周期，4脚输出一次低高变化的电平。之后振荡一直持续下去，反相器2的4脚就会一直输出高低不断变化的电平信号。这个信号的频率由晶体决定，为32.768kHz。这个过程在电路实际工作时完成得极快。反相器1和反相器2用于产生振荡信号，反相器3-6并联使用，构成输出控制，能提供20-30mA的灌入电流。反相器3-6的输出端接在发射管Q1的发射极对Q1进行调幅，向外发射电磁波。7脚输出一串数字编
码信号，经Q1放大后由L1向外发射。D1为LED信号发射指示。
图6-2 发射板原理图
图6-3 9018实物图
Q1、L1、C3和C1电容组成高频振荡器，振荡频率由印刷电感L和C3及三极管的集电结电容C2决定。一般为200-270MHz。Q1的发射极如
果直接接在负极时就能产生等幅高频波，再接在反相器的输出端就使输出受32.768KHz振荡信号调制，通过印刷电感L发射信号。按键每按一次就发射一次。
7 总结
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和芯片上的选择。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
我在做设计的同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
课程设计的过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。这一路走下来，点点滴滴我至今历历在目。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。
最后，非常感谢赵剑锷老师在课程设计过程中对我的指导和帮助，谢谢。
参考文献
[1] 林春景. 编模拟电子线路（21世纪普通高等教育电子信息类规划教材) （第一版）[M]. 机械工业出版社.2009
[2] 华成英童诗白. 模拟电子技术基础（第3版）[M]. 北京：高等教育出版社.2006.194～195
[3] [美]Myke Predko 著张晓林等译. 数字电路原理与设计实例解析（Digital Electronics Guidebook With Projects) 北京：电子工业出版社.2004.02
[4] 全国大学生电子设计竞赛组委会编. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（第一版) 北京：北京理工大学出版社.2005
[5] 杨翠娥. 高频电子线路实验与课程设计哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社. 2006
附录一：元器件清单