课堂响铃控制器.doc

课堂响铃控制器目 录摘要-2前言-3第一章 设计方案-4 1.1 设计要求-4 1.2 方案认证-4 1.3 主要元件介绍-4第二章 单元电路设计-8 2.1 单稳态触发器-8 2.2 多谐振荡器的电路- 9第三章 电路设计及调试分析-12 3.1 电路设计- 12 3.2 电路图及调试分析-12参考文献-16使用仪器及元件清单-17实验总结-18附录-19摘 要设计目的: 熟悉集成电路的引脚安排。 掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 了解电路板结构及其接线方法。 了解课堂响铃自动控制器的组成及工作原理。 熟悉课堂响铃自动控制器的设计与制作。设计要求: 利用555电路实现课堂响铃自动控制器系统。响铃的时间程序为: 振铃 10分钟间隔(休息) 振铃 50分钟间隔提高要求: 方便的时钟校对。主要元件: 555芯片、74LS00、蜂鸣器 前 言课堂响铃这一问题一直困扰着大家,在以前都是靠着人工打铃的方式来控制上、下课的时间,这样不仅浪费了大量的人力,而且还存在许多人为的因素造成的不便,现在通过利用555定时器开发出的课堂响铃自动控制器,极为方便的解决了上述种种问题,555定时器是一种多用途单片集成电路,利用它可以极为方便地构成施密特触发器、单稳触发器和多谐振荡器。555定时器使用灵活、方便,因而得到广泛应用。通过这种综合性训练,要学生达到以下的目的和要求:1.综合课程中的所学的理论知识,独立设计方案。达到学有所用的目的。2.学会查阅相关的手册与资料,通过查阅手册与文献资料,进一步熟悉常用电子器件类型和特性,并掌握合理选用的原则,培养独立分析与解决问题的能力。 这次专业课程设计是在指导老师的带领下,由学生自主设计并完成的。所选的课程设计题目是课堂响铃自动控制器.利用555电路实现响铃自动控制。响铃的时间程序为:振铃 10分钟间隔 (休息) 振铃 50分钟间隔 该电路主要采用555集成定时器组成的多谐振荡器产生两个时钟振荡频率,第一个多谐振荡器产生10秒高电平5秒低电平的信号,第二个多谐振荡器产生35秒高电平25秒低电平的信号。两个信号经过或门后就产生了触发单稳态打铃的信号。即在40秒高电平后出现低电平,触发单稳态打铃,经过10秒再次出现低电平,触发单稳态电路打铃。第一章 设计方案1.1 设计要求一、基本要求利用555电路实现课堂响铃自动控制系统。响铃的时间程序为: 振铃 10分钟间隔(休息) 振铃 50分钟间隔 二、提高要求: 方便的时钟校对。1.2 方案认证为方便实验的调试把响铃时间缩短为:振铃5秒，休息10秒,课堂40秒。本次设计,共用4个NE555定时器构成电路,其中两个NE555组成自激振荡电路分别产生二矩形波,经与非门波形反向,此信号输入到第三个NE555构成单稳电路来控制响铃时间。最后一个NE555自激振荡用来控制铃声振荡频率,该电路结构简单,容易实现单稳触发器和多谐振荡其功能,电路误差容易控制,但时钟校对不方便。1.3 主要元件介绍一、NE555定时器 555定时器是一种多用途单片集成电路。可用于数字,模拟电路,可以方便地构成振荡器。A.电路结构 图1 555电路结构图 B.功能说明555定时器使用灵活、方便,因而得到广泛的应用。555定时器电路如图1所示C1和C2为电压比较器,其功能是如果“+”输入端电压V+大于“-”,输入端电压V-,即V+V-时,则比较器输出Vc为高电平(Vc=1),反之输出Vc为低电平(Vc=0)。比较器C1参考电压V1+(Vref1)=2/3Vcc,比较器C2的参考电压V2-(Vref2)=1/3Vcc。如果V1+(Vref1)的外端Vco接固定电压Vco,则V1+(Vref1)= Vco, V2-(Vref2)=1/2Vco。与非门G1和G2构成基本触发器。其中输入R为置0端,低电平有效,比较器C1和比较器C2的输出Vc1,Vc2为触发信号,三极管施密特是集电极开路输出三极管,为外接电容提供充、放电回路。反向器G3为输出缓冲反向器,起整形和提高负载能力的作用。C.Vco悬空时，Vcc为5v时555功能如表一所示表一 555功能表 输入 输出 RS触发器 RD Vl1 Vl2 VD TD Vc1 Vc2 触发器 0 X X 0 导通 X X 置零 1 2/3Vcc 1/3Vcc 0 导通 0 1 0 1 2/3Vcc 2/3Vcc 1/3Vcc 1 截止 0 0 置1 1 2/3Vcc 1/3Vcc 1 截止 1 0 Q=Q=1 二、74LS00二输入四与非门A.74LS00芯片图,如图二所示。1413121112345671098 VCC 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND A&B=P图2 74LS00芯片图B功能说明只有当A、B二输入都为高电压时P输出才为低电平。C功能表，如表二所示。表二 74LS00功能表 输入 输出 A B P 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0第二章 单元电路设计2.1 555定时器构成单稳态触发器一、电路结构图3所示为用555定时器构成的单稳触发器的电路。图中R接高电平Vcc。以Vi(2)端作为输入触发器。Vi的下降沿触发。将Td三极管的集电极输出Vo(7)端通过电阻R接Vcc，构成反向器。Td反向器输出端Vo(7)和(6)端连接在一起。这样构成积分型单稳态触发器，其工作波形如图4所示。二、波形图三、电路分析 单稳态电路一共经历三个时期：静止期，暂稳态，恢复期。暂稳态的持续时间主要取决于外接电阻R和电容C，可知输出脉冲的宽度Tw为：Tw=RClnVcc/(Vcc-2/3Vcc)=1.1RC2.2 555定时器构成多谐振荡器的电路一、电路结构图5所示为用555定时器构成多谐振荡器的电路中，R端接高电平Vcc。Vco(5)连接0.01uF电容，起滤波作用。将Vi1(6)和Vi2(2)连接在一起，作为输入信号Vi的输入端，就构成如图5所示的多谐振荡器电路形式。将三极管Td输入端(7)通电阻R1接到电源Vcc，Td就构成集电极开路反向器形式，其输出再通过RC积分电路反馈至输入V1，就构成多谐振荡器，其波形如图6所示。二、波形图三、电路分析 多谐振荡电路一共经历两个暂稳态:在电容充电时，暂稳态持续时间为Tw1=0.7(R1+R2)C；在电容C放电时，暂稳态持续时间为Tw2=0.7R2C。因此，电路输出矩形脉冲的周期Tw为: Tw=Tw1+Tw2=0.7(R1+2R2)C第三章 电路设计及调试分析3.1 电路设计 此次设计的电路为课堂响铃控制器，响铃的程序为：振铃 10分钟间隔(休息) 振铃 50分钟间隔，由前面的单元电路设计可知，555定时器构成的单稳触发器和多谐振荡器可以构成课堂响铃控制器的电路。可以运用几个多谐振荡器产生的自激振荡，来控制课堂响铃的延时，用单稳态触发器控制响铃的时间，再用几个与非门，使它能够满足程序要求。 3.2 电路图及调试分析一、 元器件参数设置根据公式推导得:第一个555定时器: Tw1=0.7(R1+R3)C=10s Tw2=0.7R3C=5s得: C=1000uF R1=7.15KR3=7.14K第二个555定时器: Tw1=0.7(R2+R5)C=35 Tw2=0.7R5C=25s得: C=1000uF R2=14.29K R5=35.7K第三个555定时器: Tw=1.1R4=5s得: C=1000uF R4=4.55K第四个555定时器: R7=330K R8=330K二、 电路图 图7 电路设计总图三、 波形图 图8 电路波形图四、电路调试分析 电路总图图7中第1、2号555定时器是多谐振荡电路产生如图8中(1)、(2)所示的矩形波形，二波形经74LS00与非门反向产生如图(3)、(4)所示波形。有上述“与非门”的特点可知，当(3)、(4)波形同时经74LS00后，产生如图(5)所示的波形。该波形有每隔40秒(上课)产生低电平，然后再隔10秒(休息)产生低电平，如此循环下去。第三号555定时器是单稳态电路，由低电平触发产生5秒高电平(控制的响铃时间)，输出如图(6)所示波形，最后一个555定时器也是多谐振荡电路，用来控制喇叭的振荡频率。每个0.01uF电容是用来滤除其高频干扰并提高电路稳态性C4电容是用来隔喇叭噪音，提高营质，R6电阻用来保护电源。由于电路要求的电阻非常精确，所以使用的都是可变电阻,以便于调节。参考文献1.何希才 新型集成电路应用系列 电子工业出版社2.池淑清 数字电路 高等教育出版社3.王毓银 数字电路逻辑设计 高等教育出版社使用仪器及元件清单1、电阻: 7K、330K各两个 14K、35K、4.55K、10K各一个2、电容: 0.01uF、1000uF各四个3、芯片: NE555四个 74LS00一个4、蜂鸣器一个5、数字万用表、示波器、电源、电路板各一个6、导线若干实验总结在本次实验中,学习到了许多以前没学到的东西，以前做实验都是有实验报告书，只要按照书上所说的去做就不会有什么大的问题，最终都能的到结果,因为做的都是别人设计好的实验,只需验证结果。然而本次实验是没有内容,没有资料,只是给了一个题目,所有资料都要自己去图书馆找,网上查询,找到了相关资料还要去了解其内容,来设计可以实现的电路。在本次实验中NE555定时器是一种新型的集成芯片,在了解其结构、内容后,经指导老师的指导,设计出了电路,在电脑上进行模拟仿真,得到了自己期望的结果。在这次课程设计中,通过查询资料,自己动手设计出了方案,在动手做的过程中遇到了很多的难题:多谐振荡器不起振、鸣器不响、精确度不高等等,这些问题都是一环扣一环,要一个接一个的检查出来并解决掉,这就需要非常的细心和耐心。特别在最后的检测阶段,用示波器观察到的Tw1和Tw2总不对,后来发现这个对电阻精度要求非常高,于是把原来用的固定电阻换成了可变电阻,在做的过程中慢慢调试,最后终