会议发言限时器.doc

电子技术课程设计报告 题 目 会议发言限时器 学 院 电子科学与应用物理学院 专 业 微电子学 班 级 微电子学10-2班 学生姓名 钱立亮（20105167） 冯志胜（20105168） 赖勐（20105169） 日 期 2012年6月 指导教师（签字） 一、指标与要求根据本设计的功能要求，该设计电路分为时基电路（时钟脉冲电路）、时间预置电路、控制电路、显示电路、计时器、声响提示电路六个部分。采用两个74LS160十进制计数器和适当的门电路完成时间预置控制，使其在1至99分钟可调。利用555构成多谐振荡电路产生所需的1Hz脉冲。用片74LS192可预置BCD双时钟可逆计数器实现倒计时，用4片集成的4管脚LED灯实现显示功能。在整个电路工作时间中，我们通过控制主时间脉冲完成暂停与继续计时功能。最后，在时间到达0000时，通过多个4072完成锁零功能，同时，通过适当的门电路及555定时器构成单稳态触发器，使电路在显示到达0000时，声响响起，并在5秒后自动停止。关键字：课程设计，控制电路，声响提示，计时二、设计步骤与思路、电路框图分集成显示时基电路声响提示电路分计时器秒计时器时间预置控制电路秒集成显示2、单元模块设计根据总功能框图的功能划分，具体设计各单元模块。设计时，首先考虑每个模块都有几种实现方式，经过综合（比如从性能、掌握熟练程度、价格等各个方面）比较论证最终确定适合方案。从要实现的功能及如何实现等方面着手，大体选择相应的元器件，再进行细节设计。3、总电路图设计a) 单元功能模块设计好后，从各个单元功能模块间的控制关系着手，对各单元功能模块进行检验论证，保证各个模块间无冲突，均能正常运行。b) 分析每个模块的各个状态的转换及控制、各功能模块间的控制关系。本设计应重点分析倒计时的各个须提示的状态的比较控制电路，还有相应的提示信号发生电路之间的关系。c) 纵观全局，规划总电路的布局，最后画出完整的电路图。二、单元方案选择、预置时间方案选择方案一：由于设计要求倒数时间输入可调并译码显示，比较经典的方案是使用8279 芯片：40 个引脚的8279 芯片是由Intel 于80 年代首先推出的，参考资料较多，应用比较成熟。优点：最为通用，输入时间使用键盘方便、易操作。缺点：元器件多，面积大，电路复杂，需要较好的编程能力才能灵活运用，其综合成本较高，而且本系统只用到其键盘输入单个功能，不能充分利用它的强大功能。方案二：即本设计系统所选方案，由三个74LS160十进制计数器及适当的门电路组成。充分利用的74LS160的异步清零、同步置数以及使能端等各个功能,达到设计要求，即输入时间必须在190分钟范围内可调。本设计系统中设有10min位输入脉冲开关和1min位输入脉冲开关，每按一次相应开关，控制相应的计数器累加1。电路原理简单、实用，成本较低，易于实现和控制。、时钟脉冲产生方案选择时钟脉冲本系统采用的是555芯片构成多谐振荡电路产生所需脉冲。555定时器是一种单片集成电路，只需要在其外部配上少量的阻容元件，就可构成多偕等脉冲电路，使用灵活方便，振荡周期一般可根据其外部接的电阻、电容计算，公式为T=0.7（R1+2R2）C。其电路较简单且可以利用T与R1、R2、C的关系方便地改变振荡频率，以满足系统要求。、倒计时计数显示由于设计中要求实现倒数计时，故须选择可逆计数器， 74LS192为双时钟脉冲输入可逆加减计数器，且其清零和置数方式均为异步，故选用74LS192电路较为简单方便。74LS192无论在加计数还是减计数时，双时钟脉冲均需保持一个为高电平，另一个输入时钟脉冲。显示可以采用集成的DCD_HEX_DIG_RED（Multisim10.1）LED灯。、提示信号发生电路提示信号主要是由两片555芯片以及适当门电路组成。其中一片555构成单稳态触发电路，控制延时提示信号的时间。考虑到充分利用已用555芯片来产生不同提示信号。 鉴于该电路较为复杂，难以模拟，故而将电路中的声响提示电路，改为红灯提示。三、使用的芯片功能及功能表1、门电路74LS00、74LS02、40721234567109811121314VSSNC1D1C1B1A1YNC2A2B2C2D2YVDDCD4072双四输入端或门111234567109811121314GND2B2A2Y1B1A1Y3A3B3Y4A4B4YUcc74LS02双输入四或非门11111234567109811121314&GND2Y2B2A1Y1B1A3Y3A3B4Y4A4BUcc74LS00双输入四与非门2、时间预置控制芯片74LS160 74LS160/161的管脚图和功能表（a）管脚图123456712111013141516ENPDCBACLKQCQBVccQDQARCOLOADCLR74LS160/16198GNDENTCLR ENPQD QC QB QA0 0 0 0 0 置零1 1 0 保持（b）功能表LOAD ENTCLK工作状态1 0 D C B A 预置数1 1 0 1 保持1 1 1 1 计数3、计时控制芯片74LS192 74LS192/193的管脚图和功能表（a）管脚图123456712111013141516DBCCLRQCQBVccQDQAADOWN74LS192/19398GNDUPLOADBOCO（b）功能表CLR 1 清零LOAD 工作状态0 1 1 减计数0 0 预置数0 1 1 加计数UP DOWN 清单：元件参数个数(片)74LS192/474LS160/27400/24072/2555/2R电阻12K欧1R电阻30K欧1R电阻45K欧1C电容0.01uF2C电容20uF1C电容100uF1四、各模块工作原理（单元电路设计计算）1、预置时间电路工作原理：先由主持人复位清零按下键【B】，然后设置发言时间t，设置时间键有10min位设置按键【C】和1min位设置按键【D】。通常先设置74LS160（10min）位，每按一次设置键【C】即提供一个计数脉冲给计数器，使其累加1。1min位由计数器74160（1min）控制。由此达到了设置时间199分钟的要求。如图1图12、倒计时电路控制原理芯片的选择：由于设计中要求实现倒数计时，故须选择可逆计数器，而74LS192、74LS193均为双时钟脉冲输入可逆加减计数器，且其清零和置数方式均为异步，两者都可选，不同的是74LS192为十进制计数，而74LS193为16进制计数，本系统中用到的十进制计数较多，故选用74LS192电路较为简单方便。而74LS192无论在加计数还是减计数时，双时钟脉冲均需保持一个为高电平，另一个输入时钟脉冲由这些要求可知需要十进制可逆计数器，因此可选中规模集成计数器74LS192，它是一种可预置的同位同步二进制可逆十进制计数器，上升沿触发， 由于74192没有保持脚，故需要外围电路实现保持功能。74LS192电路的设计思路：.实现四片74LS192清零功能： 清零，由于该电路要求在开始过程会有一次清零，同时要给电路一次预置时间的动作，所以我们可以通过设置将清零与时间预置通过一次性动作实现。 将两个min分位的两个的CLR直接接高电平，将LOAD接 高低电平切换按键【B】（如图3），这样，我们即可以实现min（分）位的时间清零工作。而sec（秒）位，我们可以将LOAD接高电平，将CLR通过一与非门，自与非一次，接至高低电平切换键【B】。 图2 74LS192/193的管脚图和功能表（a）管脚图123456712111013141516DBCCLRQCQBVccQDQAADOWN74LS192/19398GNDUPLOADBOCO（b）功能表CLR 1 清零LOAD 工作状态0 1 1 减计数0 0 预置数0 1 1 加计数UP DOWN 图3 高低电平切换键.级联及减计数通过清零与置数之后，观察功能表，我们得知，在减计数的要求下，我们必须保证UP管脚接高电平。既然是计时，所以我们可以通过后一位的借位BO与前一位的DOWN连接完成借位，最后一位74LS192上DOWN直接接脉冲。这样就可以完成倒计时的功能了。见图4图4秒位59的置数方法： 由于74LS192是十进制计数器，所以无法自动完成1min=60sec的转换，我们可以通过一次强制置数完成该功能，主要方法是，在10sec向上一位1min借位的时候，BO会产生一个从1到0的变化，将该信号接过来，放在LOAD上，同时使10sec的ABCD接1010,1sec接1001.这样就完成了99到59的自动转换。如图5图53、显示电路这个部分较容易实现，因为这个部分，现在市场上有集成的LED（DCD_HEX_DIG_RED）灯可以使用，故而没用译码器。见图6图64.时钟脉冲的设计555定时器构造： 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单稳态定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图7所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。同时它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。图7 555定时器内部方框图图8 555的管脚图和功能表12345678OUT555DISGNDVccCOTHTRRD(a) 管脚图（b）功能表TH 1 RD T0 1OUT 01 导通VCO或 VCC3 2 TR VCO或 VCC3 1 2 1 不变 VCO或 VCC3 1 2 1 不变 VCO或 VCC3 1 2 1 0 1 导通截止555构成多谐振荡电路： 由555构成的多谐振荡电路如图9所示。图（a）所示电路输出端得到的方波周期为：T=(R1+2 R2)Cln20.7(R1+2 R2)C其占空比q=(R1+R2)/ (R1+2 R2)是固定的。为得到占空比可调的方波，可采用图（b）所示电路，输出端得到的方波周期为：T=(RA+RB)Cln20.7 (RA+RB)C其占空比为：q =RA/ (RA+ RB)。图9 由555构成的多谐振荡器12348675CR10.01mF+VCCVo555(a) 占空比固定R212348675CR10.01mF+VCCVo555(b) 占空比可调R2R3D2D1RARB在该实验中，我们使用的时钟脉冲图为图10：图10（注意：图中电阻是仿真为加快速度选择的数据，实际中的R3=12k，R4=30k）5.报警提示电路 我们使用了一个红灯作为提示信号，为满足要求，我们必须使用555构成的单稳态触发器，555构成单稳态触发器的方法如下： 由555构成的单稳态触发电路如图11（a）所示。稳态时输出为低电平，当输入端有负脉冲触发时，电路进入暂稳态，输出为高电平。暂稳态的时间为：tp=RCln31.1RC。电路的波形图见图（b）所示。这种电路产生的脉冲宽度可从几微秒到数分钟，精度可达0.1%。12348675CR0.01mF+VCCVIVo555(a) 电路图(b) 波形图VItOVOtOtp图11 由555构成的单稳态触发器实际仿真过程中，我们的原理电路为，见图12图126.锁零与产生上升沿 为了使电路在到达0000时能够锁住，我们将74LS192的16条输出端通过4072全或在一起，这样再和原来的时钟脉冲放在一起，这样就可以锁住在0000，并保持不动。 形如下图13 图13 锁0000单稳态触发器在使用过程中，1变成0之后必须重新回到1，即高电平，但是在锁零的过程中，之前是1，然后变成个0之后就无法回到高电平，我们用过查看相关资料得知，可以通过以下电路实现功能，如图14图14在设计电路的过程中，我们的电路图如下，见图15图15五、完整电路图(或见附图)六、设计中遇到的问题及解决方法1.试验中，我们总是无法锁零，这个问题一直持续多周，最后选中使用4072直接拴住74192的输出端，最后我们成功了。我们也尝试过其他方案，例如：直接利用10min位上的BO借位信号锁住0000，不行；使用4个BO，同样未达到效果。还有，通过锁住555的复位端，这种方案本来时非常优良的方法，但是我们的实验中就是不允许，也未能成功。最后我们使用了较为复杂4072进行攻关，并取得胜利。2.第一次，我们利用Multisim11来进行仿真，可是在运行过程中总会中断，我们非常无赖，经过严格检查，我们确定是软件错误，最后选择EWB，很幸运，我们获得应有结果。不过软件方面，EWB相对来说，杂、乱，不规整，这也使得我们不得不再选择Multisim，这次我们选择Multisim10来演示，效果非常好。3.声响提示路中，我们无法使之再出现一个上升的高电平，只是我们一直无法在5秒后自动停止，参看课外书籍，我们了解到，可以使用以下方案来实现转换。4.在仿真过程中，我们无法体会到开关防抖问题，线路搭建过程中，这个问题严重影响我们的制作精度及结果。开关防抖方案为：七、测试结果仿真结果：要求实现与否备注在1 99分钟任意设定限时时间实现优4位LED显示剩余时间，其中两位显示分，两位显示秒实现优具有暂停和继续计时控制功能实现优剩余时间“00 00”时，要求发出一个持续时间为5秒的长提示音实现优线路搭建结果：要求实现与否备注在1 99分钟任意设定限时时间实现缺少开关防抖，造成置数乱跳4位LED显示剩余时间，其中两位显示分，两位显示秒实现优具有暂停和继续计时控制功能实现缺少开关防抖，造成暂停之后启动数据变乱剩余时间“00 00”时，要求发出一个持续时间为5秒的长提示音实现线路板上声响喇叭自身短路，没有用声响，LED灯代替八、心得体会经过两个星期的实习，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。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。先谈一谈合作吧，在以后的人生中学会合作该是一门受用的艺术，课设开始前我对自己还是有那么一点担心的，虽然平时为人和善大气，可是我也有一个致命的缺点就是急性，直言不讳，开始的时候，我浏览了一下借回来的书，九本，可是可用信息量太少，我就那样直接的说借的书都用不上，由于是组友借回来的，我的强硬否定惹来了不快，再加上我做工作的时候就一心的工作，当然也就容忍不了别人聊聊天，看看电影，这样的事情发生了，似乎心里很烦躁，所以大家都好像有一种情绪失控倾向，属我最甚。平静后好好的正视自己，合作就是要表达到位且要艺术，相互谅解包容，好在接下来大家可以平静的讨论，共同研究，我觉得这是我的突破，因为我想我以前很多时候讨论问题会争论，总是希望别人接受自己的观点，现在我还是尽量让别人接受我正确的观点，但我会慢慢讲理找证据，而不是通过声高。团结协作就是我们成功的重要保证。其次谈谈学习上的收获，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知