會議發(fā)言限時器

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告 題 目 會議發(fā)言限時器 學(xué) 院 電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院 專 業(yè) 微電子學(xué) 班 級 微電子學(xué)10-2班 學(xué)生姓名 錢立亮（20105167） 馮志勝（20105168） 賴勐（20105169） 日 期 2012年6月 指導(dǎo)教師（簽字） 一、指標(biāo)與要求根據(jù)本設(shè)計的功能要求，該設(shè)計電路分為時基電路（時鐘脈沖電路）、時間預(yù)置電路、控制電路、顯示電路、計時器、聲響提示電路六個部分。采用兩個74LS160十進制計數(shù)器和適當(dāng)?shù)拈T電路完成時間預(yù)置控制，使其在1至99分鐘可調(diào)。利用555構(gòu)成多諧振蕩電路產(chǎn)生所需的1Hz脈沖。用片74LS192可預(yù)置BCD雙時鐘可逆計數(shù)器實現(xiàn)倒計時，用4片

2、集成的4管腳LED燈實現(xiàn)顯示功能。在整個電路工作時間中，我們通過控制主時間脈沖完成暫停與繼續(xù)計時功能。最后，在時間到達(dá)0000時，通過多個4072完成鎖零功能，同時，通過適當(dāng)?shù)拈T電路及555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使電路在顯示到達(dá)0000時，聲響響起，并在5秒后自動停止。關(guān)鍵字：課程設(shè)計，控制電路，聲響提示，計時二、設(shè)計步驟與思路、電路框圖分集成顯示時基電路聲響提示電路分計時器秒計時器時間預(yù)置控制電路秒集成顯示2、單元模塊設(shè)計根據(jù)總功能框圖的功能劃分，具體設(shè)計各單元模塊。設(shè)計時，首先考慮每個模塊都有幾種實現(xiàn)方式，經(jīng)過綜合（比如從性能、掌握熟練程度、價格等各個方面）比較論證最終確定適合方案。從要

3、實現(xiàn)的功能及如何實現(xiàn)等方面著手，大體選擇相應(yīng)的元器件，再進行細(xì)節(jié)設(shè)計。3、總電路圖設(shè)計a) 單元功能模塊設(shè)計好后，從各個單元功能模塊間的控制關(guān)系著手，對各單元功能模塊進行檢驗論證，保證各個模塊間無沖突，均能正常運行。b) 分析每個模塊的各個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換及控制、各功能模塊間的控制關(guān)系。本設(shè)計應(yīng)重點分析倒計時的各個須提示的狀態(tài)的比較控制電路，還有相應(yīng)的提示信號發(fā)生電路之間的關(guān)系。c) 縱觀全局，規(guī)劃總電路的布局，最后畫出完整的電路圖。二、單元方案選擇、預(yù)置時間方案選擇方案一：由于設(shè)計要求倒數(shù)時間輸入可調(diào)并譯碼顯示，比較經(jīng)典的方案是使用8279 芯片：40 個引腳的8279 芯片是由Intel 于80

4、 年代首先推出的，參考資料較多，應(yīng)用比較成熟。優(yōu)點：最為通用，輸入時間使用鍵盤方便、易操作。缺點：元器件多，面積大，電路復(fù)雜，需要較好的編程能力才能靈活運用，其綜合成本較高，而且本系統(tǒng)只用到其鍵盤輸入單個功能，不能充分利用它的強大功能。方案二：即本設(shè)計系統(tǒng)所選方案，由三個74LS160十進制計數(shù)器及適當(dāng)?shù)拈T電路組成。充分利用的74LS160的異步清零、同步置數(shù)以及使能端等各個功能,達(dá)到設(shè)計要求，即輸入時間必須在190分鐘范圍內(nèi)可調(diào)。本設(shè)計系統(tǒng)中設(shè)有10min位輸入脈沖開關(guān)和1min位輸入脈沖開關(guān)，每按一次相應(yīng)開關(guān)，控制相應(yīng)的計數(shù)器累加1。電路原理簡單、實用，成本較低，易于實現(xiàn)和控制。、時鐘脈沖

5、產(chǎn)生方案選擇時鐘脈沖本系統(tǒng)采用的是555芯片構(gòu)成多諧振蕩電路產(chǎn)生所需脈沖。555定時器是一種單片集成電路，只需要在其外部配上少量的阻容元件，就可構(gòu)成多偕等脈沖電路，使用靈活方便，振蕩周期一般可根據(jù)其外部接的電阻、電容計算，公式為T=0.7（R1+2R2）C。其電路較簡單且可以利用T與R1、R2、C的關(guān)系方便地改變振蕩頻率，以滿足系統(tǒng)要求。、倒計時計數(shù)顯示由于設(shè)計中要求實現(xiàn)倒數(shù)計時，故須選擇可逆計數(shù)器， 74LS192為雙時鐘脈沖輸入可逆加減計數(shù)器，且其清零和置數(shù)方式均為異步，故選用74LS192電路較為簡單方便。74LS192無論在加計數(shù)還是減計數(shù)時，雙時鐘脈沖均需保持一個為高電平，另一個輸入

6、時鐘脈沖。顯示可以采用集成的DCD_HEX_DIG_RED（Multisim10.1）LED燈。、提示信號發(fā)生電路提示信號主要是由兩片555芯片以及適當(dāng)門電路組成。其中一片555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，控制延時提示信號的時間?？紤]到充分利用已用555芯片來產(chǎn)生不同提示信號。 鑒于該電路較為復(fù)雜，難以模擬，故而將電路中的聲響提示電路，改為紅燈提示。三、使用的芯片功能及功能表1、門電路74LS00、74LS02、40721234567109811121314VSSNC1D1C1B1A1YNC2A2B2C2D2YVDDCD4072雙四輸入端或門111234567109811121314GND2B2A2Y

7、1B1A1Y3A3B3Y4A4B4YUcc74LS02雙輸入四或非門11111234567109811121314&&&&GND2Y2B2A1Y1B1A3Y3A3B4Y4A4BUcc74LS00雙輸入四與非門2、時間預(yù)置控制芯片74LS1603、計時控制芯片74LS192 74LS192/193的管腳圖和功能表（a）管腳圖123456712111013141516DBCCLRQCQBVccQDQAADOWN74LS192/19398GNDUPLOADBOCO（b）功能表CLR 1 ´ ´ ´ 清零LOAD 工作狀態(tài)0 1 1 減計數(shù)

8、0 0 ´ ´ 預(yù)置數(shù)0 1 1 加計數(shù)UP DOWN 清單：元件參數(shù)個數(shù)(片)74LS192/474LS160/27400/24072/2555/2R電阻12K歐1R電阻30K歐1R電阻45K歐1C電容0.01uF2C電容20uF1C電容100uF1四、各模塊工作原理（單元電路設(shè)計計算）1、預(yù)置時間電路工作原理：先由主持人復(fù)位清零按下鍵【B】，然后設(shè)置發(fā)言時間t，設(shè)置時間鍵有10min位設(shè)置按鍵【C】和1min位設(shè)置按鍵【D】。通常先設(shè)置74LS160（10min）位，每按一次設(shè)置鍵【C】即提供一個計數(shù)脈沖給計數(shù)器，使其累加1。1min位由計數(shù)器74160（1min）控制

9、。由此達(dá)到了設(shè)置時間199分鐘的要求。如圖1圖12、倒計時電路控制原理芯片的選擇：由于設(shè)計中要求實現(xiàn)倒數(shù)計時，故須選擇可逆計數(shù)器，而74LS192、74LS193均為雙時鐘脈沖輸入可逆加減計數(shù)器，且其清零和置數(shù)方式均為異步，兩者都可選，不同的是74LS192為十進制計數(shù)，而74LS193為16進制計數(shù)，本系統(tǒng)中用到的十進制計數(shù)較多，故選用74LS192電路較為簡單方便。而74LS192無論在加計數(shù)還是減計數(shù)時，雙時鐘脈沖均需保持一個為高電平，另一個輸入時鐘脈沖由這些要求可知需要十進制可逆計數(shù)器，因此可選中規(guī)模集成計數(shù)器74LS192，它是一種可預(yù)置的同位同步二進制可逆十進制計數(shù)器，上升沿觸發(fā)，

10、 由于74192沒有保持腳，故需要外圍電路實現(xiàn)保持功能。74LS192電路的設(shè)計思路：.實現(xiàn)四片74LS192清零功能： 清零，由于該電路要求在開始過程會有一次清零，同時要給電路一次預(yù)置時間的動作，所以我們可以通過設(shè)置將清零與時間預(yù)置通過一次性動作實現(xiàn)。 將兩個min分位的兩個的CLR直接接高電平，將LOAD接 高低電平切換按鍵【B】（如圖3），這樣，我們即可以實現(xiàn)min（分）位的時間清零工作。而sec（秒）位，我們可以將LOAD接高電平，將CLR通過一與非門，自與非一次，接至高低電平切換鍵【B】。 圖2 74LS192/193的管腳圖和功能表（a）管腳圖1234567121110131415

11、16DBCCLRQCQBVccQDQAADOWN74LS192/19398GNDUPLOADBOCO（b）功能表CLR 1 ´ ´ ´ 清零LOAD 工作狀態(tài)0 1 1 減計數(shù)0 0 ´ ´ 預(yù)置數(shù)0 1 1 加計數(shù)UP DOWN 圖3 高低電平切換鍵.級聯(lián)及減計數(shù)通過清零與置數(shù)之后，觀察功能表，我們得知，在減計數(shù)的要求下，我們必須保證UP管腳接高電平。既然是計時，所以我們可以通過后一位的借位BO與前一位的DOWN連接完成借位，最后一位74LS192上DOWN直接接脈沖。這樣就可以完成倒計時的功能了。見圖4圖4秒位59的置數(shù)方法： 由于74LS

12、192是十進制計數(shù)器，所以無法自動完成1min=60sec的轉(zhuǎn)換，我們可以通過一次強制置數(shù)完成該功能，主要方法是，在10sec向上一位1min借位的時候，BO會產(chǎn)生一個從1到0的變化，將該信號接過來，放在LOAD上，同時使10sec的ABCD接1010,1sec接1001.這樣就完成了99到59的自動轉(zhuǎn)換。如圖5圖53、顯示電路這個部分較容易實現(xiàn)，因為這個部分，現(xiàn)在市場上有集成的LED（DCD_HEX_DIG_RED）燈可以使用，故而沒用譯碼器。見圖6圖64.時鐘脈沖的設(shè)計555定時器構(gòu)造： 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工

13、藝制作的稱為 7555，除單穩(wěn)態(tài)定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖7所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。同時它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3。圖7

14、555定時器內(nèi)部方框圖圖8 555的管腳圖和功能表12345678OUT555DISGNDVccCOTHTRRD(a) 管腳圖（b）功能表TH 1 RD T0 1OUT 01 導(dǎo)通>VCO或 VCC3 2 TR > VCO或 VCC3 1 2 1 不變<VCO或 VCC3 2 > VCO或 VCC3 1 2 1 不變´´´< VCO或 VCC3 1 2 1 0 1 導(dǎo)通截止555構(gòu)成多諧振蕩電路： 由555構(gòu)成的多諧振蕩電路如圖9所示。圖（a）所示電路輸出端得到的方波周期為：T=(R1+2 R2)Cln2»0.7(R1+2

15、R2)C其占空比q=(R1+R2)/ (R1+2 R2)是固定的。為得到占空比可調(diào)的方波，可采用圖（b）所示電路，輸出端得到的方波周期為：T=(RA+RB)Cln2»0.7 (RA+RB)C其占空比為：q =RA/ (RA+ RB)。圖9 由555構(gòu)成的多諧振蕩器12348675CR10.01mF+VCCVo555(a) 占空比固定R212348675CR10.01mF+VCCVo555(b) 占空比可調(diào)R2R3D2D1RARB在該實驗中，我們使用的時鐘脈沖圖為圖10：圖10（注意：圖中電阻是仿真為加快速度選擇的數(shù)據(jù)，實際中的R3=12k，R4=30k）5.報警提示電路 我們使用了一

16、個紅燈作為提示信號，為滿足要求，我們必須使用555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的方法如下： 由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路如圖11（a）所示。穩(wěn)態(tài)時輸出為低電平，當(dāng)輸入端有負(fù)脈沖觸發(fā)時，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，輸出為高電平。暫穩(wěn)態(tài)的時間為：tp=RCln3»1.1RC。電路的波形圖見圖（b）所示。這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可從幾微秒到數(shù)分鐘，精度可達(dá)0.1%。12348675CR0.01mF+VCCVIVo555(a) 電路圖(b) 波形圖VItOVOtOtp圖11 由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實際仿真過程中，我們的原理電路為，見圖12圖126.鎖零與產(chǎn)生上升沿 為了使電路在到達(dá)000

17、0時能夠鎖住，我們將74LS192的16條輸出端通過4072全或在一起，這樣再和原來的時鐘脈沖放在一起，這樣就可以鎖住在0000，并保持不動。 形如下圖13 圖13 鎖0000單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在使用過程中，1變成0之后必須重新回到1，即高電平，但是在鎖零的過程中，之前是1，然后變成個0之后就無法回到高電平，我們用過查看相關(guān)資料得知，可以通過以下電路實現(xiàn)功能，如圖14圖14在設(shè)計電路的過程中，我們的電路圖如下，見圖15圖15五、完整電路圖(或見附圖)六、設(shè)計中遇到的問題及解決方法1.試驗中，我們總是無法鎖零，這個問題一直持續(xù)多周，最后選中使用4072直接拴住74192的輸出端，最后我們成功了。我們也

18、嘗試過其他方案，例如：直接利用10min位上的BO借位信號鎖住0000，不行；使用4個BO，同樣未達(dá)到效果。還有，通過鎖住555的復(fù)位端，這種方案本來時非常優(yōu)良的方法，但是我們的實驗中就是不允許，也未能成功。最后我們使用了較為復(fù)雜4072進行攻關(guān)，并取得勝利。2.第一次，我們利用Multisim11來進行仿真，可是在運行過程中總會中斷，我們非常無賴，經(jīng)過嚴(yán)格檢查，我們確定是軟件錯誤，最后選擇EWB，很幸運，我們獲得應(yīng)有結(jié)果。不過軟件方面，EWB相對來說，雜、亂，不規(guī)整，這也使得我們不得不再選擇Multisim，這次我們選擇Multisim10來演示，效果非常好。3.聲響提示路中，我們無法使之再

19、出現(xiàn)一個上升的高電平，只是我們一直無法在5秒后自動停止，參看課外書籍，我們了解到，可以使用以下方案來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。4.在仿真過程中，我們無法體會到開關(guān)防抖問題，線路搭建過程中，這個問題嚴(yán)重影響我們的制作精度及結(jié)果。開關(guān)防抖方案為：七、測試結(jié)果仿真結(jié)果：要求實現(xiàn)與否備注在1 99分鐘任意設(shè)定限時時間實現(xiàn)優(yōu)4位LED顯示剩余時間，其中兩位顯示分，兩位顯示秒實現(xiàn)優(yōu)具有暫停和繼續(xù)計時控制功能實現(xiàn)優(yōu)剩余時間“00 00”時，要求發(fā)出一個持續(xù)時間為5秒的長提示音實現(xiàn)優(yōu)線路搭建結(jié)果：要求實現(xiàn)與否備注在1 99分鐘任意設(shè)定限時時間實現(xiàn)缺少開關(guān)防抖，造成置數(shù)亂跳4位LED顯示剩余時間，其中兩位顯示分，兩位顯示秒實現(xiàn)

20、優(yōu)具有暫停和繼續(xù)計時控制功能實現(xiàn)缺少開關(guān)防抖，造成暫停之后啟動數(shù)據(jù)變亂剩余時間“00 00”時，要求發(fā)出一個持續(xù)時間為5秒的長提示音實現(xiàn)線路板上聲響喇叭自身短路，沒有用聲響，LED燈代替八、心得體會經(jīng)過兩個星期的實習(xí)，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。先談一談合作吧，在以后的人生中學(xué)會合作該是一門受用的藝術(shù)，課設(shè)開始前我對自己還是有那么一點擔(dān)心的，雖然平時為人和善大氣，可是我也有一個致命的缺點就是急性，直言不諱，開始的時候，我瀏覽了一下借回來的書，九本，可是可用信息量太少，我就那樣直接的說借的書都

21、用不上，由于是組友借回來的，我的強硬否定惹來了不快，再加上我做工作的時候就一心的工作，當(dāng)然也就容忍不了別人聊聊天，看看電影，這樣的事情發(fā)生了，似乎心里很煩躁，所以大家都好像有一種情緒失控傾向，屬我最甚。平靜后好好的正視自己，合作就是要表達(dá)到位且要藝術(shù)，相互諒解包容，好在接下來大家可以平靜的討論，共同研究，我覺得這是我的突破，因為我想我以前很多時候討論問題會爭論，總是希望別人接受自己的觀點，現(xiàn)在我還是盡量讓別人接受我正確的觀點，但我會慢慢講理找證據(jù)，而不是通過聲高。團結(jié)協(xié)作就是我們成功的重要保證。其次談?wù)剬W(xué)習(xí)上的收獲，通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的

22、，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次數(shù)電課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。總體來說,這次課設(shè)讓我受益匪淺.在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中,特別有趣,培養(yǎng)了我的設(shè)計思維,增加了實際操作能力.在讓我體會到了設(shè)計的艱辛的同時,更讓我體會到成功的喜悅和快樂. 這次數(shù)電課程設(shè)計,雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1、提高了我們的邏輯思維能力，使我們在邏