1、8分钟演讲报时器电气101502电子课程设计演讲自动报时器学院：电子信息工程学院专业、班级：电气101502班姓名：翟润发学号：201015010229指导老师：任青莲 时间:2012年12月一、 设计任务与要求 2二、 总体框图 2三、 选择器件 3四、 功能模块 10五、 总体设计电路图 17六、 心得体会 18演讲报时器一、 设计任务与要求1、 任务：设计一个演讲自动报时器2、 设计任务与要求：设计一个演讲自动报时控制电路，要求演讲时间为 8min,在剩最后1min时 喇叭响一下（输出为高电平）提醒演讲者。在8min时喇叭再次鸣叫，时间为1min, 即通知台上的演讲者时间已到，应停止演讲
2、。要求用指示灯显示秒数（以 10s为单位），用数码管显示分钟数。二、 总体框图本设计主要由四大模块电路组成：555多谐振荡器、555单稳态触发器、计 数器、显示部分、报警部分、控制部分。振荡器的功能是实现一个周期为十秒的脉冲信号，该振荡器是由 555定时器组成的多谐振荡器。计数器功能是由一个可预置数减法的减法计数器实现从 8分钟递减到0。计数器由一片74LS192计数器构成。显示部分由数码显示管，1个指示灯构成。其中数码显示管实现 8分钟倒 计时，1个指示灯以10秒为单位循环点亮。报警部分由两个蜂鸣器和两个单稳态触发器组成。控制部分电路实现的功能有重置，启动。总体方案框图如下：图2-1三、选择
3、器件表3-1定时器5553片74LS1921片74LS201片74LS743片74LS081片74LS042片指示灯1个数码显示管1个蜂鸣器2个电阻、电容、开关、二极管若干1、555定时器振荡器主要采用的是由555定时器组成，下图为由555定时器电路图以及它的内部逻辑图：A1VCC IRST OUT DISTHRTICON5S5_ViaTUAL图3-1定时器555引脚图及内部结构555定时器的工作原理：555定时器有二个比较器 A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管 VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三
4、个 5kW电阻组 成的分压器，由此可以获得2 3乂和1 3VCc两个分压值，一般称为阈值。555 定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT, 4 脚是清除端Rd，5脚是电压控制端 V，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端Vc。555定时器的输出端电流可以达到 200mA，因此可 以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。当TH高触发端6脚加入的电平小于13Vcc，TL低触发端2脚的电平小于1 3V；c时，比较器A1输出高电平，比较器A2输出低电平，触发器置1 ”, 放电三级管截止。当TH高触发端加入的电平小于 2 3 Vcc，
5、TL低触发端的电平小于2 3 V 时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出低电平，触发器状态不变，仍维 持前一行的电路状态，输出低电平，放电管饱和， 7脚为低电平。当TH高触发端6脚加入的电平大于2 3VCc，TL低触发端的电平大于2 3V；c时，比较器A1输出低电平，比较器 A2输出高电平，触发器置“”， 输出高电平，放电三级管导通。2、74LS19274LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。下面介绍 74LS192的引脚图和74LS192的功能表。CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LOAD为预置输入控制端，异步预置。CLR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位
6、输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。图3-2 74LS192 引脚图图3-3 74LS192内部原理图9( 1001)时，CO可以根据74LS192的引脚图来实现硬件连接，图 2中P0 P1、P2、P3分别 为D0 D1、D2、D3,可以通过LD=0,给这四个引脚接高电平或低电平来实现置 数，Q0 Q1、Q2 Q3为74LS192的输出端，可以直接接七段数码显示译码器。 PL为LD引脚，接0时置数，用做加计数或减计数时，必须接 1。MF为CR引脚, 当接高电平时实现清零。TCU为CO为进位输入，1001状态后负脉冲输出。是进 位输出端。TCD为BO,是借位
7、输出端。0000状态后负脉冲输出。 由表3-2中74LS192的功能表，当LD=1, CR=0 CPD=时，如果有时钟脉冲加到 CPU端，则计数器在预置数的基础上进行加法计数，当计到端输出进位下降沿跳变脉冲；当 LD=1, CR=Q CPU=1时，如果有时钟脉冲加到CPD端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当计到 0 （0000）时，BO端输出借位下降沿跳变脉冲。表3-2 74LS192功能表CPUCPDLDCR操作XX00置数T110加计数1T10减计数XXX1清零3、74LS04 （6 个非门）仔细观察一下三极管组成的开关电路即可发现，当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时
8、输出等于高电平。因此输出与输入的电平之间是反 向关系，它实际上就是一个非门。（亦称反向器）。所用芯片74LS04是一个有六个反相器的芯片，其逻辑框图如下图所示：图3-4 74LS04引脚图1A1Y2A2Y3A3Y图3-4 74LS04引脚图及内部结构逻辑功能表如下图：输入输出LHHL表3-3 74LS04逻辑功能逻辑函数式Y=A4、74LS20 （2个四输入与非门）图3-5 74LS20 引脚图表3-4 74LS20 功能表表3-5 74LS08 功能表Y = ABInputsOutputABYLLLLHLHLLHHHH = HI3H Log.c _曇甘色1L = LOW Log c Leve
9、l6、74LS74（双D触发器）在TTL电路中，比较典型的D触发器电路有74LS74 74LS74是一个边沿触 发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发D触发器 电路。V（l：ID2Rd1CLK2DTSd2CLKIQ25lIQ20GND2Q图3-7 74LS74 逻辑图与引脚排列图表3-6 74LS74 逻辑功能表输 A输 出说-明瓦瓦CLK毋AXX1预置110X*0Mo00Xx.1不允许1:tQ*0-1:t:1量1:0X僉保持7、蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器， 采用直流电压供电，广泛应用于 计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时
10、器 等电子产品中作发声器件。；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两 种类型。蜂鸣器在电路中用字母“ H或“ HA （旧标准用“ FM、“LB、“JD” 等）表示。本装置中采用压电式蜂鸣器：压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂 鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有 发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（ 1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动 压电蜂鸣片发声。压电式蜂鸣器具有体积小、灵敏度高、耗电省、可靠性好，造价低廉 的特点和良好的频率特性。因此它广泛应用于各种电器产品的报警、发声用
11、 途。最常见的莫过于音乐贺卡、电子手表、袖珍计算器、电子门铃和电子玩 具等小型电子用品上作发声器件。图3-8蜂鸣器仿真图及实物图四、功能模块1、555构成多谐振荡器（10秒脉冲发生器）由555定时器构成的多谐振荡器及其工作波形如图所示。 接通电源后，电容G被充电，VC1上升，当VC1上升到2 3VCc时，放电管导通，此时V0为低电平，电容G通过R2放电，使 匕下降。当匕下降到1 3VCc时，Vo翻转为 高电平。电容器Ci放电所需的时间为t2二R2C1 In 2,当Ci放电结束时，T 截止，VCc将通过R向电容器Ci充电，V由13V.上升到2 3Vcc所需的时 间为ti二RG I n 2。当VC
12、上升到2 3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周 而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其周期为T -t1 t2 =（R R2）C1 In 2丄图4-1 555多谐振荡器此电路中要产生周期为10s （其中高电平2s，低电平8s），频率为0.1HZ的触发脉冲，经计算得到参数为C=100uf R仁28.99k Q R2=115.96k Q图4-2 10 秒脉冲发生器仿真电路图4-3 10秒脉冲发生器仿真电路波形2、用555定时器接成的单稳态触发器由555构成的单稳态触发器及工作波形如下图所示图4-4 555单稳态触发器及工作波形电源接通瞬间，电路有一个稳定的过程，即电源通过电阻 R向电容C充电，当
13、VC上升到2 3VCC时，Vo为低电平，放电管导通，电容 C放电，电路进入稳定状 态。若触发输入端施加触发信号（V 1 3Vcc），电路进入暂稳态，Vo输出高电平，且放电管截止。此后电容C充电至VC = 2 3/时，电路又发生翻转，Vo为 低电平，T导通，电容C放电，电路恢复至稳定状态。如果忽略放电管的饱和压 降，则乂从零电平上升到2 3Vcc的时间，即为输出电压Vo的脉宽tw : tw=RCI n3 -1.1RC。设计中用到的555单稳态电路由输入脉冲信号的下降沿触发。此电路 中要求暂稳态脉宽为1s和60s,经计算得到电路参数为R1=9.09kQ C1=100uF;R2=545.4k Q C
14、2= 100uF=：LOG!EZ lOnF图4-5单稳态触发器仿真电路（暂态时间为 1秒）图4-6单稳态触发器仿真电路波形图（暂态时间为 1秒）图4-7单稳态触发器仿真电路（暂态时间为 60 秒）图4-8单稳态触发器仿真电路波形图（暂态时间为 60秒）3、 指示灯显示秒数电路（以10s为单位），指示灯接在D触发器的时钟端上。4、 采用6个D触发器构成的控制电路。接通电源后，拨动开关 J1，利用D触 发器的置数端和清零端使6个触发器预置成100000状态。之后每隔10s输 入一个CP脉冲，右移一位。 同时，每隔十秒指示灯会亮一下。I-1图4-10 6个D触发器仿真电路图（100000状态）4.计
15、数器构成一个八分钟倒计时电路6个D触发器部分循环周期为60s, 60s后，当Q1由高电平1变成低 电平0的时候，经非门后给74LS192的DOW计数端一个计数脉冲，计数 器设计容量为8分钟。（在计数器开始之前，通过拨动开关 J1使计数器置 入数字” 8”）图4-11 8分钟计数器仿真电路图（初始状态）5、显示电路计数器的输出接入数码管显示 管，同时将计数器的输出接入 非门和与非门，使计数器为1 分钟和0时提供下降沿，从而 触发单稳态触发器。6、蜂鸣报警电路图4-14八分钟时间到时报警电路H31. ：?图4-13剩最后一分钟时报警电路当计数器倒计时刚到达1, 74LS192输出经非门和非门后由1
16、变为0之后， 触发第一个单稳态触发器，峰鸣器发出1S的音频报警信号。当计数器倒计时已到零，74LS192的输出经非门与非门后由1变为0,第 二个单稳态触发器，使之输出持续时间为1分钟的高电平。驱动蜂鸣器发出1分钟的音频报警信号7、控制电路首先使开关J1使之接地，使电路置数达到初始状态（8分钟），然后 使开关J1接另一端进入8分钟倒计时状态，此时555多谐振荡器开始工 作，同时指示灯每隔十秒循环点亮，计数器开始计时。当计数器倒计时已 到0，74LS192的BO端输出为低电平，将此低电平信号与555多谐振荡器 产生的10s脉冲信号相与后，接到6个D触发器的脉冲输入端，使整个电路的脉冲在计数到零后消
17、失，不再计数器循环计数。五、总体设计电路图总电路工作过程：首先使开关J1使之接地，使电路置数达到初始状态（8分钟）， 然后使开关J1接另一端进入8分钟倒计时状态，指示灯每隔十秒循环点亮，当 时间还剩下一分钟时，蜂鸣器发出长达1秒钟的报警信号提醒演讲者，当8分钟 时间到时，蜂鸣器发出长达1分钟的报警信号，再次提醒演讲者时间用尽，应停 止演讲。六、心得体会在此次的演讲报时器设计过程中 , 我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了 各芯片的工作原理和其具体的使用方法。 要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功 能, 那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。在连接实物图时 , 我发现有时仿真和电路连
18、接并不是完全一致的 , 会遇到各 种各样的问题，芯片的问题，连线的问题等等，所以得一遍又一遍的连，锻炼了 我的耐性。这次的课程设计给了我又一次认识自我的机会 ,让我学会了从更多角 度分析解决问题 ,设计的过程中也积攒了一些相关的经验 ,我想对我以后的实际操 作肯定会有很大帮助的。课程设计给了我们一个平台去发挥自己学到的理论知 识，锻炼我们的动手能力，巩固我所学的知识，为我们以后步入社会做了准备， 是大学生学习当中相当重要的、不可或缺的一个环节。有付出才有收获。通过亲自选芯片，用其设计，对其功能和应用了解颇深， 既巩固了课堂上所学的有关理论知识， 又掌握了集成电路芯片的使用， 了解了数 字系统设计的基本思想和方法， 学会了要科学的分析实际问题。 一切都要用事实 说话。只有结果显示出你所要的结果时， 你的理论才成立。 在查资料和请教老师 同学的过程中， 知道了该如何去想怎样去做， 但大部分时间是独立在做， 很好的 培养了我独立处理问题的能力， 在遇到苦难时不能一味的依靠和拖延， 想办法解 决才是可行的。此外，也培养了我认真严谨的作风，科学不容出一点错误。总而一句话，在老师的指导下，这次课程设计收获颇多。
