打铃课设报告.docx
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打铃课设报告
沈阳航空航天大学
课程设计
(说明书)
简易上下课打铃器电路的设计
班级
学号
学生姓名
指导教师
沈阳航空航天大学
课程设计任务书
课程名称数字逻辑技术课程设计
课程设计题目简易上下课打铃器电路的设计
课程设计的内容及要求:
一、设计说明与技术指标
设计一个简易的上下课打铃装置,技术要求如下:
①每天上午的上下课时间顺序为:
8:
20开始,上课45分钟,休息10分钟,上课45分钟,
休息20分钟,上课45分钟,休息10分钟,上课45分钟结束;
②按上述节奏设计一个打铃装置.在上下课时都要打铃;
③要求用组合逻辑电路和时序逻辑电路及模拟电路完成。
④时钟信号可以用现成的信号源产生。
二、设计要求
1.在选择器件时,应考虑成本。
2.根据技术指标,通过分析计算确定电路和元器件参数。
3.画出电路原理图(元器件标准化,电路图规范化)。
三、实验要求
1.根据技术指标制定实验方案;验证所设计的电路,用软件仿真。
2.进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1.童诗白,华成英主编.模拟电子技术基础.[M]北京:
高等教育出版社,2006年
2.数字电路教科书
五、按照要求撰写课程设计报告
成绩评定表:
序号
评定项目
评分成绩
1
设计方案正确,具有可行性,创新性(15分)
2
设计结果可信(例如:
系统分析、仿真结果)(15分)
3
态度认真,遵守纪律(15分)
4
设计报告的规范化、参考文献充分(不少于5篇)(25分)
5
答辩(30分)
总分
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
2015年7月19日
1、概述
随着科技的进步,人们生活水平得到进一步提高,社会上一切都朝着简捷与方便发展,生活和工作中对于电子产品的需求量也越来越大,电子产业的发展也越来越迅速。
在现如今快节奏的生活中,人们对于时间的要求越来越苛刻,很多时候需要对时间规划,然后到时间点就要有时间提醒,这就必须用到时钟提醒装置,亦可称为打铃装置。
打铃装置有很多种,比如手机的打铃系统,闹钟的机械打铃系统,广播打铃系统等等,但是日常生活中见得最多的还是校园的自动打铃系统。
在学校生活中,每天上课都离不开打铃系统的使用。
打铃器可以为上下课的学生和老师们提供时间提醒,有利于师生对上课和学习的合理安排。
同时也可以作为一个提醒学生作息时间的时间表,让老师和学生都有一个规律科学的时间安排。
因此,打铃系统的核心部分是时钟部分和控制部分,为系统提供时间基准。
本设计是根据目前我校的师生作息时间进行打铃,早上8:
20开始上课,一直到晚上19:
50下课,总共20个打铃时间,本设计的核心是一共6片74LS160,以及6个数码管,构成了全天24小时的时间,包含了时、分、秒,其中分和秒为60进制,时为24进制,分别用2片74LS160构成。
打铃装置是用蜂鸣器构成,总共20个打铃点,用74LS32连接,当时间到达某一个点是,给蜂鸣器一个脉冲,让蜂鸣器正常工作。
电路设计保证了优先使用相同门的原则,便于集成。
二、方案论证
设计一个简易上下课打铃器,要求实现学校每天的师生正常作息时间打铃,用组合电路和时序电路以及模拟电路完成。
方案一:
利用独立电压源提供脉冲、利用74LS160来设置六十进制和二十四进制的进位输出、利用数码显示器来显示时间、利用或门、非门、四输入与门、四输入与非门等电路元件进行组合、级联后得到设计所要求的电路图,用蜂鸣器进行打铃。
该电路原理框图如图1所示。
图1简易上下课打铃电路的原理框图
据原理框图可以看出,整个电路分为三个部分,第一部分时钟产生电路,由6片
74LS160构成,其中4片构成六十进制,实现分、秒的进位,剩下2片构成二十四进制,实现时的进位,74LS160采用的是同步预置数法。
第二部分是打铃时间控制电路,由组合逻辑电路组成,包括了非门、与门以及或门,使用的74LS04,74LS21,74LS32以及蜂鸣器BUZZER组成。
每当时间到达本校作息时间其中的一个点时,蜂鸣器都会响铃一分钟。
第三部分是数字显示电路,由6个七段显示数码管构成,直接接在6片74LS160的输出端,显示当前的时间。
方案二:
方案二原理框图如图2所示。
图2简易上下课打铃电路的原理框图
此方案的设计思路是,通过判断下一次打铃距上一次打铃的时间间隔来报时。
这20个时间点的时间间隔依次是45、10、45、20、45、10、45、90、45、10、45、20、45、10、45、60、45、10、45分钟。
用45进制、10进制、20进制、90进制、60进制计数器来控制响铃的间隔时间。
它们的输出端接入四选一的数字选择器,数字选择器输出选中的计数器的信号。
当计数器计到45分或10分或20分或90分或60分钟时开启响铃系统来报时。
数字选择器的控制端用四个四位寄存器控制,可事先预置不同的时间间隔出现的次序。
然后依次滚动输出所需的控制信号。
本设计采用的是第一种方案,第一种方案与第二种方案比较起来,第一种方案更简单且易集成化,更有利于实际生产。
并且第一种方案基本实现了设计要求,满足了校内师生作息时间规律的打铃提醒设计。
在电路设计的过程中,考虑到电路的延时特性,加入了5个单刀双掷开关,分别控制5个74LS160的片子,当电路的时间不准确有误差时,通过把开关拨到另一个方向,实现调节功能。
3、电路设计
1.时钟产生设计
(1)六十进制
六十进制计数器由两片74LS160十进制计数器构成,采用置数法实现,如图3所示。
首先将两片74LS160计数器进行级联,下面的74LS160片子实现的是十进制,上面的74LS160片子实现六进制,两个片子级联为六十进制,即个位的进位输出与十位的ET、EP相连,用个位74LS160的进位输出来控制十位74LS160的计数。
当十位的74LS160计数状态为QDQCQBQA=0101、个位的74LS160计数状态为QDQCQBQA=1001时,十位的74LS160的QCQA经与非门产生反馈清零信号,将十位片子进行置零,实现六十进制数。
其中单刀双掷开关S3,当拨到下面时,按照进位信号进行计数,当拨到上面时,实现调整时间延时错误或者设置时间的功能。
图360进制计数器
(2)二十四进制
二十四进制计数器由两片74LS160十进制计数器构成,采用整体置数法实现,如图4所示。
首先将两片74LS160计数器进行级联,下面的片子实现的是十进制,上面的片子实现二进制,把两个片子级联为二十四进制,即个位的进位输出与十位的ET、EP相连,用个位的进位输出来控制十位的计数。
当十位的74LS160计数状态QDQCQBQA=0010、个位的74LS160计数状态为QDQCQBQA=0011时,同时分、秒都是达到进位状态时,经四输入与非门产生反馈清零信号,将二十四进制中的十位74LS160和个位74LS160都进行置零,实现二十四进制计数。
其中单刀双掷开关S1,当拨到下面时,按照进位信号进行计数,当拨到上面时,实现调整时间延时错误或者设置时间的功能。
图424进制计数器
2.数字显示电路设计
采用6个7段显示数码管,分别接在时、分、秒的74LS160的QDQCQBQA端,如图5所示,7段显示数码管从上到下连接的顺序依次为QDQCQBQA。
图5数码管显示电路
3.打铃时间控制电路设计
在时间输出的线路上引出一排导线,在非门、四输入与门,或门的控制下输出20个打铃时间,其中有一个为1,后面的蜂鸣器和LED灯就开始工作,响铃一分钟。
例如:
时间8:
20,用二进制数可表示为00000100:
00100000,用非门控制74LS160的输出,当小时的十位为0,个位为8,且分钟的十位为2,个位为0时,即时间信号为08:
20时,用一个四输入与门把四位数连接起来,输出为1,使蜂鸣器开始工作一分钟,LED灯发光。
如图6所示。
图6打铃时间控制电路
4、性能测试
1.时钟产生设计电路的测试
(1)六十进制电路测试如图7所示。
图7六十进制电路测试
(2)二十四进制电路测试如图8所示。
图8二十四进制电路测试
2.打铃时间控制电路的测试
如图9所示,8:
20为打铃时间点,LED灯闪亮。
图9打铃时间控制电路测试
3.电路整体性能的测试
图108:
20打铃时间测试图
图119:
05打铃时间测试图
图129:
15打铃时间测试图
图1310:
00打铃时间测试图
图1410:
20打铃时间测试图
图1513:
30打铃时间测试图
图1618:
10打铃时间测试图
图1719:
50打铃时间测试图
5、结论
经过本设计的电路进行性能测试,可以得出所设计的简易上下课打铃电路达到了预期的效果。
按照每天上午上下课第一次打铃时间8:
20开始,上课45分钟,休息10分钟,上课45分钟,休息20分钟,上课45分钟,休息10分钟,上课45分钟,休息90分钟,然后按照以上顺序在进行下午上下课时间打铃。
并且电路设计用到组合逻辑电路和时序逻辑电路及模拟电路完成。
时钟信号采用现成的1kHz的信号源产生。
最后数字显示电路分别显示以上20个打铃时间到来时,蜂鸣器以及LED灯开始正常工作,工作时间为一分钟,与预期设计的理想结果相同。
并且在预期的设计要求上,在电路设计的过程中,考虑到电路的延时特性,加入了5个单刀双掷开关,分别控制5个74LS160的片子,当电路的时间不准确有误差时,通过把开关拨到另一个方向,实现矫正时间的功能。
但该电路设计仍然存在问题,不能如设置闹钟一样设置打铃时间,打铃时间已经固定,不能任意调节,除非重新在设计的电路中添加元器件,添加打铃时间。
参考文献
[1]阎石主编.数字电子技术.[M]北京:
高等教育出版社,2006年
[2]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京:
国防工业出版社,2005年
[3]李秀人.电子技术实训指导.[M]北京:
国防工业出版社,1998年
[4]陆坤.电子设计技术.[M]:
电子科技大学出版社,1997年
[5]卿太全,李萧,郭明琼.常用数字集成电路原理与应用.[M]北京:
人民邮电出版社,2006年
[6]全新实用电路集萃丛书编辑委员会著.电源应用电路集萃.[M]北京:
机械工业出版社,2005年
[7]康华光主编.电子技术基础[M]北京:
高等教育出版社,2006年
[8]全新实用电路集粹编辑委员会著.全新实用电路集粹(下册).[M]北京:
机械工业出版社,2006年
[9]全新实用电路集萃丛书编辑委员会著.电源应用电路集萃.[M]北京:
机械工业出版社,2005年
[10]唐竞新主编.《数字电子电路》[M]北京:
清华出版社2005年
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
LS1
蜂鸣器
1KHz蜂鸣器
1
2
LED1
LED灯
LED_green
1
3
V1
信号源
1kHz脉冲信号
1
4
U20A、U20B、U24A、U24B
四输入与非门
74LS20N
4
5
S1~S5
开关
单刀双掷开关
5
6
U7~U12
7段显示数码管
共阴极
6
7
U1~U6
十进制计数器
74LS160N
6
8
U36、U40、U44A、U44B、U44C、U51、U54
或门
74LS32N
19
9
U13、U14、U15、U16、U17E、U18B、U19C、U23D、U25A、U26A、U27D、U28B
非门
74LS04N
28
10
U29~U35、U37~U39、U41~U43、U45~U50、U52、U53A、
四输入与门
74LS21N
41
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