8分钟演讲报时器要点.docx
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8分钟演讲报时器要点
电子课程设计
——8分钟演讲报时器
学院:
电子信息工程学院
专业班级:
自动化12级
姓名:
学号:
指导老师:
任青莲
2014年12月
一.设计任务与要求·······································2
二.总体框图·············································2
2.1、设计思想········································2
2.2、设计方案········································2
三.选择器件·············································2
3.1、实验所需器件····································3
3.2、器件说明········································3
四.功能模块·············································10
4.1、555构成多谐振荡器······························10
4.2、555定时器接成单稳态触发器······················11
4.3、指示灯显示秒数··································14
4.4、计数器构成8分钟倒计时电路······················15
4.5、显示电路········································16
4.6、蜂鸣器报警电路·································16
4.7、控制电路········································17
五.总体设计电路图······································18
5.1、总体电路原理图·································18
5.2、硬件实验图·····································19
六.心得体会·············································19
演讲自动报时装置
一、设计任务与要求
1.设计一个演讲报时器
2.设计任务与要求:
要求演讲时间为8分钟,在最后1分钟扬声器提醒演讲者。
在8分钟时再次响,通知演讲者时间已到,应停止演讲。
用指示灯显示秒数,(10秒为单位),用数码管显示分钟数。
二、总体框图
本设计主要由六大模块组成:
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1秒的脉冲信号,振荡器是由555定时器组成的多谐振荡器.
计数器的功能是用一个可预置数减法计数器组成,实现从8分钟递减到0,计数器由74LS192计数器构成。
显示部分为数码显示管,6个指示灯组成,数码显示管由8分钟开始倒计时,6个指示灯以10秒为单位依次循环点亮。
报警部分由两个蜂鸣器和两个单稳态触发器构成.
控制部分电路实现的功能又重置和启动.
显示部分
方案框图如下:
倒计数部分
D触发器
10秒脉冲发生器
报警部分
控制部分
图1总体方案框图
三、选择器材
表一实验所需器材
器材名称
数量
555定时器
3
74LS192
1
74LS20
1
74LS04
2
74LS08
1
74LS10
1
电阻、电容、二极管
3
蜂鸣器
2
指示灯
6
数码显示管
1
1、555定时器
振荡器主要采用的是由555定时器组成,图示为由555定时器引脚图和内部逻辑图。
图2555集成定时器的内部逻辑图
图3555定时器的引脚图与内部逻辑图
555定时器的工作原理:
555定时器有两个比较器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有三个5KW电阻组成的分压器,由此可获得2/3Vcc和1/3Vcc两个电压值,一般称为阈值,555定时器的1脚是接地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Vco,6脚是高触发端TH,7脚是放电端DIS,8脚是电源端Vcc,555定时器的输出端电流可以达到200mA,因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载,如发光二极管。
当TH高触发端接入6脚加入的电平小于1/3Vcc时,TL低触发端的电平小于2/3Vcc时,比较器A1输出高电平,比较器A2输出低电平,触发器置1,放电三极管截止。
当TH高触发端加入的电平小于2/3Vcc,TL低触发端的电平小于2/3Vcc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2/3Vcc,TL低触发端大电平大于2/3Vcc时,比较器A1输出低电平,比较器A2输出高电平,触发器置0,输出高电平,放电三极管导通。
2、74LS192
74LS192时双时钟方式的十进值可逆计数器,下面介绍它的引脚图和功能表。
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.输出。
图474LS192引脚图与内部逻辑图
可以根据74LS192的引脚图来实现硬件连接,图中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位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,用作加计数或减计数时,必须接1,MR为CR引脚,当接高电平时实现清0,TCU位CO为进位输入,1001状态负脉冲输出,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74LS192的功能表知,当
=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,当计数到1001时,CO端输出进位下降沿跳变脉冲,当
=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时,BO端输出借位下降沿跳变脉冲。
表274LS192功能表
CPU
CPD
CR
操作
×
×
0
0
置数
↑
1
1
0
加计数
1
↑
1
0
减计数
×
×
×
1
清0
3、74LS04
观察三极管组成的开关电路可以发现,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,因此输入与输出之间是反向关系,就是一个非门即反向器
。
图574LS04的引脚图
表374LS04功能表
输入
输出
L
H
H
L
4、74LS20
两个四输入的与非门。
图674LS20引脚图
表37LS420功能表
5、74LS10
三输入的与非门。
图774LS10引脚图及逻辑符号
6、74LS08
二输入的与门。
图874LS08引脚图
表474LS08功能表
A
B
Y
L
L
L
L
H
L
H
L
L
H
H
H
7、74LS74
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,每个器件包含两个相同的、相互独立的边沿触发D触发器电路。
图974LS74引脚图
表574LS74功能表
8、蜂鸣器
压电式蜂鸣器主要由(多谢振荡器、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组成。
当接通电源后,多谐振荡器起振,输出音频信号,阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。
在陶瓷片的两面镀上银电极,经极化和老化处理后,再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
图10蜂鸣器实物图
四、功能模块
1、555构成多谢振荡器(10秒脉冲发生器)
由555定时器构成多谢振荡器工作波形如图,接通电源后,电容C1被充电,Vc1上升,当Vc1上升到2/3Vcc时,放电管导通,此时Vo为低电平,电容C1通过R2放电,使Vc1下降,当Vc1下降到1/3Vcc时,Vo翻转为高电平,电容器C1放电所取时间T2=R2C1㏑2,当C1放电结束时,T截止,Vcc将通过R1向电容器C1充电,Vc1由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需时间T1=R1C1㏑2,当Vc1上升到2/3Vcc时,触发器又发生翻转,如此循环,在输出端就得到一个周期性方波,其周期为T=T1+T2=(R1+R2)C1㏑2。
图11555多谐振荡器
图1210秒脉冲发声器仿真电路
图1310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和工作波形如下。
图14555单稳态触发器及其工作波形
单稳态接通瞬间,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Vc上升到2/3Vcc时,Vo为低电平,放电管导通,电容C放电,电路进入稳定状态。
若触发器输入端施加触发信号,电容进入暂稳态,Vo输出高电平,且放电管截止。
此后电容C充电至Vc=2/3Vcc时,电路又发生翻转,Vo为低电平,T导通,电容C放电,电路恢复至稳定状态。
如果忽略放电管的饱和压降,则Vc从零电平上升到2/3Vcc的时间,即为输出电压Vo的脉宽tw,则tw=RC㏑3=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发。
此电路要求暂稳态脉宽为1秒和60秒。
计算可知:
图15单稳态触发器仿真电路(暂态时间为1秒)
图16单稳态触发器仿真电路波形图(暂态时间为1秒)
图17单稳态触发器仿真电路(暂态时间为60秒)
图18单稳态触发器仿真电路波形图(暂态时间为60秒)
3、指示灯显示秒数(以10秒为单位)
采用6个D触发器构成6个指示灯的控制电路,其中每一个触发器的输出端Q都接1个指示灯,以显示状态,接通电源后,拨动开关,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10秒输入一个CP脉冲,右移一位。
6个指示灯分别接到6个触发器的Q输出端,这样每隔10秒只有一个指示灯会亮,每到来一个触发脉冲点亮下一个指示灯。
图196个D触发器状态循环示意图
图206个D触发器仿真电路图(以100000为状态)
4、计数器构成一个8分钟倒计时电路
6个D触发器部分循环周期为60秒,60秒后,当Q1由高电平1变为低电平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。
(计数之前,通过拨动开关使计数器置入数字8)
图218分钟计数器仿真电路(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22显示电路
6、蜂鸣报警电路
图23剩最后1分钟时报警电路图248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,蜂鸣器发出1秒的音频报警信号。
当计数器倒计时已到0,74LS192的输出经非门和与非门后由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
首先使开关接地,使电路置数达到初始状态,即8分钟,然后使开关接另一端进入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10秒循环点亮,计数器开始计时,当计数器倒计时已到0,74LS192的BO端输出为低电平,将此低电平信号与555多谐振荡器产生的10秒脉冲信号相与后,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0后消失,计数器不在循环计数。
图25单刀双掷开关及与门控制电路
五、总体设计电路图
图26总体设计电路图
总电路的工作过程:
首先使开关接地,电路置数到达初始状态,然后使开关接另一端进入8分钟倒计时状态,指示灯每隔10秒循环点亮,当时间还剩下1分钟时,蜂鸣器发出1秒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分钟的报警信号提醒演讲者时间到,应停止演讲。
硬件部分说明:
在实验室做硬件实验时,由于时间的原因,我并没有把所有的电路完全做出来,所以我挑选了D触发器的分频实验来做。
图27硬件实验图(D触发器的分频实验)
六、心得体会
在此次的演讲报时器设计过程中,我更加熟悉了芯片的结构及掌握了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,那么在电路出错时才能准确的找出错误所在并及时修正。
在连接硬件实验时,我发现有时仿真和电路连接并不是完全一样的,会遇到各种各样的问题,比如芯片的问题或者是导线的问题等等。
所以在实验开始之前一定要检查导线是否完好,在开始实验,在实验过程中,如果你反复检查电路没问题但是就没有到达你预想的结果时,此时你不妨换个芯片试试,有可能是芯片坏了所以导致实验不成功。
在做硬件实验时一定要认真。
这次的课程设计,我受益匪浅。
通过自己亲自选芯片,用其设计,对其功能和应用了解颇深,巩固了课堂上所学的理论知识,又掌握了集成电路芯片的使用,了解了数字系统设计的基本思想和方法。
学会了科学的分析实际问题,一切用实际说话,只有结果达到你的预期值时,你的理论才成立,在查资料和请教老师同学的过程中,明白了该如何去想怎样做,但是虽然参考了网上的资料,但是我还是自己在明白理解的前提下做出了这次的课题。
这次的课程设计很好地培养了我独立解决问题的能力,在遇到困难时要勇于面对,积极的想办法解决。
在这次设计中也培养了我认真严谨的科学作风。
让我明白了科学不许一丝的错误。
最后在大家的帮助和我自己的努力下,我完成了这次的课程设计,虽然过程曲折,但还是完成了任务。
这次的课程设计收获颇多。
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