分钟演讲报时器_电气.doc

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 1 目 录 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 2 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 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 10 秒脉冲发生器 D 触发器 倒计时部分 显示部分 3 控 制 部 分 报警部分 图 2 1 三 选择器件 表 3 1 定时器 5553 片 74LS192 1 片 74LS20 1 片 74LS74 3 片 74LS08 1 片 74LS04 2 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 4 5 5 5 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个 5kW 电阻组成的分压器 由此可以获得和 两个分压值 一般称为 cc V32 cc V31 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 6 脚是高触发端 TH 7 co V 脚是放电端 DIS 8 脚是电源端 555 定时器的输出端电流可以达到 cc V 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 TL 低触发端 2 脚的电平 cc V31 小于 时 比较器 A1 输出高电平 比较器 A2 输出低电平 触发器置 cc V31 1 放电三级管截止 当 TH 高触发端加入的电平小于 TL 低触发端的电平小于 cc V32 5 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 cc V32 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 TL 低触发端的电平大于 cc V32 时 比较器 A1 输出低电平 比较器 A2 输出高电平 触发器置 0 cc V32 输出高电平 放电三级管导通 2 74LS192 74LS192 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 6 图 3 3 74LS192 内部原理图 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 MR 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 1 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 9 1001 时 CO 端输出进位下降沿跳变脉冲 当 LD 1 CR 0 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 7 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 图 3 4 74LS04 引脚图及内部结构 逻辑功能表如下图 表 3 3 74LS04 逻辑功能 逻辑函数式 Y A CPUCPD LD CR操作 00置数 110加计数 1 10减计数 1清零 8 4 74LS20 2 个四输入与非门 图 3 5 74LS20 引脚图 表 3 4 74LS20 功能表 5 74LS08 2 个二输入与门 图 3 6 74LS08 引脚图 9 表 3 5 74LS08 功能表 6 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 图 3 7 74LS74 逻辑图与引脚排列图 表 3 6 74LS74 逻辑功能表 10 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 5 15V 直流 工作电压 多谐振荡器起振 输出 1 5 2 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 11 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 电容被充电 上升 当上升到时 放电管导通 此时 1 C 1 C V 1 C V cc V32 为低电平 电容通过放电 使下降 当下降到时 0 V 1 C 2 R 1 C V 1 C V cc V31 翻转为高电平 电容器放电所需的时间为 当放电 0 V 1 C2ln 122 CRt 1 C 结束时 T 截止 将通过向电容器充电 由上升到 cc V 1 R 1 C 1 C V cc V31 所需的时间为 当上升到时 触发器又发 cc V322ln 111 CRt 1 C V cc V32 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 2ln RR T 12121 Ctt 12 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 10 0uf R1 28 99 k R2 115 9 6k 图 4 2 10 秒脉冲发生器仿真电路 13 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 当上升到时 为低电平 放电管导通 电容 C 放电 电路进入稳定 c V cc V32 0 V 状态 若触发输入端施加触发信号 电路进入暂稳态 输出 ccI V31V 0 V 高电平 且放电管截止 此后电容 C 充电至时 电路又发生翻转 ccc V32V 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 0 V 饱和压降 则从零电平上升到的时间 即为输出电压的脉宽 c V cc V32 0 V w t 14 RCln3 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 w t 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 09k C1 100uF R2 545 4k C2 100uF 图 4 5 单稳态触发器仿真电路 暂态时间为 1 秒 15 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 16 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 图 4 9 6 个 D 触发器状态循环示意图 图 4 10 6 个 D 触发器仿真电路图 100000 状态 4 计数器构成一个八分钟倒计时电路 100000010000001000 000100000010000001 17 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 DOWN 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 图 4 12 显示电路 6 蜂鸣报警电路 18 图 4 13 剩最后一分钟时报警电路 图 4 14 八分钟时间到时报警电路 当计数器倒计时刚到达 1 74LS192 输出经非门和非门后由 1 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 的端输出为低电平 将此低电平信号与 555 多谐BO 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失 不再计数器循环计数 图 4 15 单刀双掷开关及与门控制电路 五 总体设计电路图 19 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