真人真唱数字闹钟.docx
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真人真唱数字闹钟
数电课程设计报告
真人真唱数字闹钟
班级:
04自动化
姓名:
李平
学号:
04154021
真人真唱数字闹钟
摘要
本系统设计采用LX9300语音模块、ISD1420语音电路和通用数字集成电路为主要器件,系统分为秒脉冲发生电路、脉冲计数电路、时间显示电路、时分秒校正电路、闹钟时间设置电路、语音提示电路和电源电路七大部分。
本系统不仅具有基本数字时钟功能,而且具有任意时间设置的闹钟功能,特别是采用LX9300语音模块和具有20秒录音功能的ISD1420语音电路,使本系统具有整点音乐提示功能,以及通过麦克风录入任意个性化语音作为闹钟的铃声。
关键字:
真人真唱数字闹钟,LX9300语音模块,ISD1420语音电路。
一、系统的总体设计方案
本系统设计采用LX9300语音模块、ISD1420语音电路和通用数字集成电路为主要器件,系统分为秒脉冲发生电路、脉冲计数电路、时间显示电路、时分秒校正电路、闹钟时间设置电路、语音提示电路和电源电路七大部分。
系统总体设计框图如图1-1所示。
二、系统核心模块的方案论证与比较
2.1、秒脉冲发生电路的选择与论证
秒脉冲发生电路主要为本系统提供标准的1Hz脉冲信号,此脉冲的精度直接决定本系统的精度,因此设计时必须尽可能地提高脉冲的精度,可实现的方案有两种:
方案一:
采用多谐振荡器NE555及其外围电路构成振荡电路,只需要适当设定外围阻容元件的参数,就可以得到秒脉冲信号。
此方案的优点是电路结构简单,起振容易;缺点是产生的脉冲频率很达到标准的1Hz,而且阻容元件的参数受温度的影响大,使电路存在温漂,因而产生的脉冲信号不够稳定。
方案二:
采用谐振频率为32768Hz石英晶体振荡器和适当的阻容元件以及通用集成电路CD4060、CD4040,构成振荡/分频电路,最终产生1Hz的脉冲信号。
此方案优点在于石英晶体的谐振频率只与几何尺寸有关,与几乎温度无关,Q值高达数百万,因此产生的脉冲信号的频率精度高,稳定性好。
基于以上综合分析,本系统拟采用方案二。
2.2、脉冲计数电路的选择与论证
脉冲计数电路是本系统的核心部分,根据24小时时制,秒分时脉冲计数电路必须分别完成六十进制、六十进制、二十四进制。
可实现的方案有两种:
方案一:
采用74LS390双四位十进制计数器为核心器件,该集成电路内集成了两个独立的十进制计数器,3片集成块就可以完成本系统所需的计数功能,但缺点在于在完成进制转换时需要外加逻辑门电路,使电路变得复杂,同时也给PCB板布线带来了难度。
方案二:
采用74LS290十进制计数器为核心器件,该集成电路有两个门置零输入和两个门置9输入,虽然需要6片此集成块才能完成本系统的计数功能,但可以利用该集成块的两个门置零输入轻松地完成进制转换,而无须额外的门电路,这使电路更加简洁对称,给PCB板布线带来了方便。
基于以上综合分析,本系统拟采用方案二。
2.3、时间显示电路的选择与论证
时间显示电路是本系统的人机界面,比较直观地将时间显示。
显示内容应包括时分秒共六位数字,而且最好能将时与分、分与秒之间的点号显示出来。
可实现的方案有两种:
方案一:
采用LCD液晶点阵显示,此器件的优点在于轻薄短小、工、功耗低、分辨率高,并且点阵排列可显示多种字形。
但是成本较高,且对时序要求较高,纯硬件电路实现难度较高。
方案二:
采用LED七段码数码管显示,此器件是比较常用的显示器件。
只需和对应的译码/驱动芯片即可完成数字显示,且对时序无特殊要求。
另外,还可以地将部分数码管倒置使用,利用其小数点巧妙地构成时钟显示的“:
”号。
基于以上综合分析,本系统拟采用方案二。
2.4、时分秒校正电路的选择与论证
时分秒校正电路主要功能对时间进行初始设定和对时间进行校正。
分为时校正、分校正、秒校正。
可实现的方案有两种:
方案一:
利用轻触式开关手动产生单脉冲信号,直接输入所需校正位的计数器的时钟CLK端。
手动校正优点在于电路简单,但是操作时往往需要按键多次,操作不太方便。
方案二:
利用本系统秒脉冲发生电路中经CD4060二的14次方分频后产生的0.5s脉冲,对时间直接进行校正,本方案的优点在于实现了校正的半自动化,使操作更加方便。
基于以上综合分析,本系统拟采用方案二。
2.5、闹钟时间设置电路的选择与论证
闹钟时间设置电路主要功能是完成任意时间的设置,并且与时钟计数器的实际数值进行比较,当两种数值完全相同时,输出一个判断信号触发语音电路工作,从而使闹铃响起。
可实现的方案有两种:
方案一:
采用通用逻辑门电路74LS86(四2输入异或门)和74LS20(双4输入与非门)为核心器件,将2输入异或门的一个输入端与对应计数器的数值输出端相接,另一个输入端与拨码开关相接,进行预置数。
本方案的优点在于所采用的芯片比较常用,成本较低,缺点在于电路过于复杂,给PCB板布线带来很大的难度。
方案二:
采用集成的数值比较器74LS689(集电极开路的8位数值比较器/等值检测器)为核心器件,将数值比较器的一组输入端与对应计数器的数值输出端相接,另一组输入端与拨码开关相接,进行预置数。
再输出端的信号触发语音电路工作,从而使闹铃响起。
本方案的优点在于所需芯片较少,电路比较简单,PCB板布线相对容易。
基于以上综合分析,本系统拟采用方案二。
2.6、语音提示电路的选择与论证
语音提示电路的主要功能是本系统提供语音提示,本系统的语音提示包括两种:
一种是整点报时的铃声,一种是当时钟时间到达预置时间时所发出的闹铃声。
可实现的方案有两种:
方案一:
采用LX9300音乐模块为核心器件,LX9300是一块小的印刷板,内部已经固化了一段特定的音乐信号,并且提供一个边沿触发端,只需一个触发信号就可输出音乐信号,通过扬声器便可发声。
本方案的优点在于音乐音质清晰,失真度低,电路简单,但是缺点在于音乐因已固化而使音乐曲目单一。
方案二:
采用美国ISD公司的语音录放芯片ISD1420为核心器件,外围配以麦克风、扬声器、按键和少数阻容元件,构成语音模块,可录制长达20秒的语音信息,音质失真度低并且可以重复使用,性能较好,可以根据个人的爱好,真人真唱录制不同的铃声,这样突显出了个性化。
基于以上综合分析,本系统的整点语音提示电路拟采用方案一,闹铃提示电路拟采用方案二。
2.7、电源电路的选择与论证
电源电路主要功能是为本系统提供稳定的电源,根据本系统各部分对电源的要求,本系统的电源应采用5V稳定的直流电源。
可实现的方案有两种:
方案一:
利用市电,经过变压器降压、整流桥整流、电容滤波和三端集成稳压管LM7805稳压,最终得到稳定的5V直流电源。
本方案的优点在于可直接利用220V的市电,缺点在于需要变压器,使得成本较高。
方案二:
利用现在常用的9V电池,经过三端集成稳压管LM7805稳压,便可以得到稳定的5V直流电源,此方案电路简单,成本较低,切实可行。
基于以上综合分析,本系统拟采用方案二。
三、系统的硬件电路设计与实现
3.1、秒脉冲发生电路的设计与实现
秒脉冲发生电路采用谐振频率为32768Hz石英晶体振荡器和CD4060的内部电路构成振荡电路,产生32768Hz(2的15次方)的方波信号,再经过CD4060进行2的14次方分频,从Q14输出2Hz的方波信号,再经过CD4040进行2分频,从而得到1Hz的秒脉冲信号。
其具体电路图如图3-1所示:
图3-1秒脉冲发生电路
3.2、脉冲计数电路的设计与实现
脉冲计数电路采用十进制计数器74LS290和四2输入与非门74ALS00构成,利用74LS290的两个门置零输入MR1、MR2,根据反馈清零实现六十进制和二十四进制,利用与非门与反馈清零的信号相接从而产生了进位脉冲信号。
其具体电路图如图3-2所示:
图3-2时钟计数、显示、校正电路
3.3、时间显示电路的设计与实现
由于计数器的输出端是以BCD码的形式输出,因此选择七段码译码/锁存/驱动器CD4511,它还具有消隐的功能,4511的驱动电流较大,在驱动共阴极数码管时需要加上360欧姆的限流电阻。
另外,为了让数码管显示出时间中的“:
”号,第二个和第四个(即显示秒钟十位和分钟十位)的数码管倒置使用,对应的管脚对调连接,再将第2、3、4、5个数码管的点号管脚h连接在一起在通过100欧姆的电阻接到电源正极,这样就能显示出“:
”号。
其具体电路图如图3-2所示。
3.4、时分秒校正电路的设计与实现
时分秒校正电路利用本系统秒脉冲发生电路中经CD4060二的2的14次方分频后产生的0.5s脉冲,通过单刀双掷开关直接将0.5s脉冲信号输入所要校正位的计数器的CLK端,对时间进行校正,另外为了消除开关机械抖动可以在开关处并上一个10uF的滤波电容。
其具体电路图如图3-2所示。
3.5、闹钟时间设置电路的设计与实现
闹钟时间设置电路采用集电极开路的8位数值比较器/等值检测器74LS689,将数值比较器的一组输入端与对应计数器的数值输出端相接,另一组输入端与拨码开关相接,进行预置数,预置数是按BCD码的形式表示的。
两块74689的输出端,由于是集电极开路,可以直接连接在一起通过一个上拉电阻实现线性与的功能,而直接去触发闹铃电路。
其具体电路图如图3-5所示:
图3-5闹钟时间设置电路
3.6、语音提示电路的设计与实现
整点报时电路采用LX9300语音模块,该模块需要3V左右的直流电源,因此需要通过两个硅二极管降压至3.6V左右,边沿触发端直截连接到时钟的时位的CLK端即可。
其具体电路图如图3-6-1所示:
图3-6-1整点报时语音电路
闹铃语音提示电路采用美国ISD公司的语音录放芯片ISD1420为核心器件,外围配以麦克风、扬声器、按键和少数阻容元件,构成语音模块,可重复录制长达20秒的语音信息,从而实现个性化设置。
它有电平触发端PLAYL,也有下降沿触发端PLAYE,本设计使用下降沿触发端PLAYE,将其与数值比较器的输出端相连。
其具体电路图如图3-6-2所示:
图3-6-2闹铃语音提示电路
3.7、电源电路的设计与实现
电源电路利用现在常用的9V电池,经过三端集成稳压管LM7805稳压,便可以得到稳定的5V直流电源,同时在电源电路中加上电解电容和瓷介电容配合滤波,使系统抗干扰能力加强,稳定性能提高。
其具体电路图如图3-7所示:
图3-7电源电路
四、结论与展望
综上所述,本系统的各个部分的设计均已实现,且各部分之间的兼容性良好,采用双面PCB板工艺制作,经过调试,系统功能均能实现,且系统的稳定性良好。
其性能指标和制作工艺接近产品要求,已超出普通课程设计的要求,系统不仅仅具有演示功能,而且具有较强的实用性。
但是也有有待改进的地方,如闹钟时间设置部分可以用比较个性化的数字拨码盘代替拨码开关,这样使系统更加个性化、更加具有实用性。
五、参考资料
《电子技术基础-数字部分》康华光编高等教育出版社
《通用集成电路速查手册》 宋春荣编 山东科学技术出版社
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- 真人 数字 闹钟