限时发言时间提示器课设报告

《电子技术》课程设计报告题目限时发言时间提示器学院（部）电子与控制工程学院专业电气工程及其自动化班级学生姓名学号6月64日至6月16日共2周指导教师（签字）前言电子技术是目前发展最快的技术领域之一，数字电子技术在数字集成电路集成度越来越高的情况下，开发数字系统的试验方法和用来实现这些方法的工具已经发生了变化，特别是可编程逻辑器件的大量应用，传统的74系列逻辑器件在应用系统的设计中应用越来越少，但是在数字电子技术中作为理论基础的基本原理并没有改变，基于此，本设计以74系列为基础外加稍许逻辑门电路，实现设计功能要求。设计的题目是数字限时发言器，要求发言时间设定在3～30分钟可调。设定时间倒计数显示。设定时间小于10分钟，倒数到1分钟时给出提示信号；设定时间大于10分钟，倒数到5分钟给提示信号，超时给出警告提示信号（红灯），超时大于一分钟时，给出蜂鸣器声音提示。应有设定输入及复位开关，可用绿灯、黄灯、红灯表示工作状态。在设计过程中参阅了许多书籍,在参考文献中将介绍其中基本最常用的。先确定电路框架，在分模块各个击破，最后对整个电路进行级联仿真，最终完成了这次设计。本设计是全体小组成员共同努力的结果，论文共有3章，主要内容包括系统概述、单元电路设计与分析、系统综述，总体电路图。附录部分介绍了本设计所用到器件的管脚图、功能表以及总体电路图。在本论文中引用了一些文献的相关内容，在此向这些书的作者致以诚挚的谢意，在此外特别感谢邓秋霞，张菁老师的指导和帮助。目录一、摘要……………………………………………………………………………………1二、关键词…………………………………………………………………………………1三、技术要求………………………………………………………………………………1四、系统概述………………………………………………………………………………24.1设计思想…………………………………………………………………………24.2方案论证及选择…………………………………………………………………3五、单元电路设计…………………………………………………………………………55.1电源电路设计……………………………………………………………………55.2时钟脉冲产生电路设计…………………………………………………………65.3倒计时电路设计…………………………………………………………………75.4预置时间电路设计及部分门电路控制电路……………………………………95.5正计时电路设计及其超时报警电路……………………………………………135.6显示电路设计……………………………………………………………………135.7比较控制电路设计………………………………………………………………145.8复位电路设计……………………………………………………………………15六、系统综述………………………………………………………………………………15七、结束语…………………………………………………………………………………17八、参考文献………………………………………………………………………………17九、鸣谢……………………………………………………………………………………18十、元器件明细表…………………………………………………………………………18十一、收获与体会，存在的问题等………………………………………………………18-1-限时发言时间提示器一、摘要本设计要实现功能为发言时间设定在3分钟到30分钟可调；设定时间倒计数显示；设定时间小于10分钟，倒数到1分钟时给出提示信号，设定时间大于10分钟，倒数到5分钟给提示信号(黄灯亮)，超时给出警告提示信号（红灯），超时大于1分钟时，给出蜂鸣器声音提示；应有设定输入及复位开关，用绿灯、黄灯、红灯表示工作状态。电路原理模块分为时钟脉冲电路、倒计时电路、正计时电路、预置时间电路、显示电路、门电路比较控制电路、提示信号发生电路、超时报警电路、复位控制电路等部分。各部分用74LS192双时钟可逆十进制计数器、74LS160十进制加计数器、555定时器、7段共阴极数码管、蜂鸣器、按钮开关、单刀双置开关、发光二极管、LM7805、二极管、变压器、电阻、电容以及适当的74LS系列门电路构成。二、关键词限时、时间提示、脉冲、计时、报警、比较、置数三、技术要求1.发言时间设定在3～30分钟可调。2.设定时间倒计数显示。3.设定时间小于10分钟，倒数到1分钟时给出提示信号，设定时间大于10分钟，倒数到5分钟给提示信号，超时给出警告提示信号（红灯），超时大于1分钟时，给出蜂鸣器声音提示。4.应有设定输入及复位开关，可用绿灯，黄灯，红灯表示工作状态。-2-四、系统概述4.1设计思想设计思想框图为图1-1所示，分为时钟脉冲电路、倒计时电路、正计时电路、预置时间电路、显示电路、门电路比较控制电路、提示信号发生电路、超时报警电路、复位控制电路等部分。脉冲电路产生1Hz的时钟频率信号作为倒计时的脉冲信号进行倒计时，通过译码电路显示在数码管上。当倒计时到1分钟或5分钟时发出提示信号。当倒计时显示为0时，发出警告信号，同时正计数电路在时钟脉冲信号作用下开始计时并通过译码器显示到数码管上，当到60秒时蜂鸣器发出报警信号。按下置数开关，脉冲给十进制加计数器脉冲，可以给电路进行3分钟到30分钟范围内置数。-3-4.2方案论证及选择4.2.1电源方案选择使用LM7805将220v交流电改成5V稳压电源。通过变压器将市电220V，50Hz交流电转化为8V，50Hz交流电，在通过桥式整流电路进行整流，再通过LM7805进行稳压得到5V直流电压。此方案比较容易实现，LM7800系列产品可以在任何一个电子元件商店一定都能买到，价格便宜，成本较低，性能稳定，可以满足设计要求。而且本设计产品应用于演讲、辩论等比赛现场，220V市电比较容易得到，故此方案可行性比较高，所以选用此方案。参数名称符号测试条件单位W7805输入电压UiV10输出电压UoIo=500mAV5最小输入电压UiminIo=1.5AV7电压调整率Su（△Uo）Io=500mAmV74.2.2时钟脉冲产生电路方案选择采用555定时器芯片构成多谐振荡电路。方案一：采用石英晶体振荡器，起震快，时基精度，但本系统只需2HZ的地频脉冲，不需要太高精确度，且石英晶体振荡频率较高，在本系统中需利用触发器多次分频，电路较为复杂。方案二：采用555定时器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，就可以构成多谐振荡脉冲电路，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。所以选用此方案。在温度未25℃条件下LW7805的主要参数-4-4.2.3倒计时和加计时计数电路方案选择由于设计中要求实现倒数计时和超时加数计时译码显示，既可以将其分为倒计时计数器和加计时计数器两部分电路，也可以选择可逆加减计数器进行倒计时和加计时计数。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。不同的是74LS192为十进制计数，而74LS193为十六进制计数，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，基于此要求本系统中采用两片jK触发器分别控制74LS192的加计数脉冲输入CPD和减计数脉冲输入CPu,使用JK触发同时也可保证CP脉冲的稳定性，并利用复位置位控制端为置数电路，清零电路做准备。表1-174LS192功能表（RD为下文CLR，LD为下文LOAD，CPU为down，CPD为up）4.2.5预置时间电路方案选择方案一：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CPUCPDRDLD工作状态XX1X清零XX00预置数↑101加计数1↑01减计数-5-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3-30min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。其中10min位计数器计数状态为0-3，且当其为3时控制1min位的计数器清零，即输入最大为30。而1min位由两片计数器控制，当10min位不为0时，通过门电路控制74LS160使能端，选中另一片计数状态为0-9的74LS160；当10min位为0时，选中其中一片计数状态为3-9的74LS160，从而实现最小输入为3min的设计要求。电路原理简单、实用，成本较低，易于实现和控制。4.2.6显示电路方案选择显示电路选择用74LS487段共阴极数码管实现。由于由技术电路芯片74LS192出来的信号为4位二进制数，故用74LS48共阴极7段数码管驱动芯片和共阴极数码管就可以构成显示电路。此方案简单、经济且易于实行，所以选用此方案。4.2.7提示灯控制电路方案选择方案一：用74LS58比较器芯片构成。74LS58是4位二进制数比较芯片，利用级联输入端进行级联扩展，实现比较功能。但是使用74LS58芯片接线比较复杂，而且本系统比较数据比较简单，所以不使用此方案。方案二：利用门电路构成。本系统只需要比较输入是否大于10，倒计时时5分钟或1分钟和倒计时为0。只需判断十位是否为0，结合适当的门电路就可完成，工作原理比较简单，成本较低。所以采用此方案。4.2.8超时报警电路超时报警电路利用分位倒计数芯片74LS192的借位端的控制信号触发，555构成的单稳态触发器进行至少1分钟的延时，连接显示电路，使蜂鸣器工作。-6-五、单元电路设计5.1电源电路设计电源电路原理如图5-1所示，220V、50Hz市电经过变压器变为8V、50Hz交流电，在经过桥式整流电路进行整流，经过整流后在通过LM7805进行稳压得到5V稳压电源。注：注意：在以下电路中所有的5V电源部分均用表示。在图5-1-1电路中，变压器线匝比为55:2，如图5-1-1所示，用万用表测得的变压器输出端电压为7.986V，如图5-1-2。用万用表测得的整体电路输出端电压为5.003V，如图5-2-3所示。此方案电路可以为本系统中所有的芯片提供准确的电源电压，保证系统的稳定运行。图5-1-15V电源原理图A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR110kΩC11µFC210nFR220kΩVCC5.0VR31kΩR42.4kΩC30.22µFC40.01FA2555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIC50.075µFLS1BUZZER1.2kHz图5-1-2图5-1-3-7-5.2时钟脉冲产生电路设计时钟脉冲产生电路如图5-2-1所示，利用555定时器和电阻、电容构成多谐振荡器来产生一定频率的脉冲信号。当RST端即555芯片的四角为高电平‘1’时多谐振荡器开始进行工作。根据已学的知识，T=(R1+2*R2)C1ln2≈0.69（R1+2R2）C1，占空比50%对于本设计，只要满足T=1ｓ就可以了，即0.69（R1+2R2）C＝１，因此我们令C1=10µF，则有R1＝36kΩ，R2=18kΩ。图5-2-1时钟脉冲产生电路图5-2-2工作波形-8-555构成的多谐振荡器工作波形如图5-2-2所示，产生2Hz的方波脉冲。利用它作为74LS192、74L