數(shù)電課程設(shè)計(jì)-會(huì)議限時(shí)器、倒計(jì)時(shí)器

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)KAKA2013/12/26目錄會(huì)議限時(shí)器 3摘要 3關(guān)鍵詞 3設(shè)計(jì)要求 3一、系統(tǒng)概述 4§1.1設(shè)計(jì)思想 4§1.2方案論證及選擇 51.2.1電源方案選擇 51.2.2時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路方案選擇 51.2.3倒計(jì)時(shí)電路方案選擇 61.2.4預(yù)置時(shí)間電路方案選擇 61.2.5顯示電路方案選擇 71.2.6比較控制電路方案選擇 71.2.7提示信號(hào)發(fā)生電路、報(bào)警電路、置零保持、暫停控制電路方案 8二、單元電路設(shè)計(jì) 8§2.1電源電路設(shè)計(jì) 8§2.2時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì) 9§2.3倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì) 10§2.5預(yù)置時(shí)間電路設(shè)計(jì) 11§2.6顯示電路設(shè)計(jì) 11§2.7比較控制門電路設(shè)計(jì) 12三、系統(tǒng)綜述、總體電路圖 13四、結(jié)束語 14§4.1本設(shè)計(jì)特點(diǎn)、存在的問題及改進(jìn)意見 14§4.2心得體會(huì) 14參考文獻(xiàn) 15附錄 15會(huì)議限時(shí)器摘要本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)功能為發(fā)言時(shí)間設(shè)定在1分鐘到17分鐘可調(diào)；在主持人的控制下，設(shè)定時(shí)間倒計(jì)數(shù)顯示；在限時(shí)時(shí)間到的前2分鐘，每隔半分鐘LED燈閃爍一次提示；限時(shí)時(shí)間到時(shí)，LED燈亮并且蜂鳴器發(fā)出聲響。設(shè)定有輸入及暫停開關(guān)，LED燈和蜂鳴器表示工作狀態(tài)。電路原理模塊分為時(shí)鐘脈沖電路、倒計(jì)時(shí)電路、預(yù)置時(shí)間電路、顯示電路、門電路比較控制電路、提示信號(hào)發(fā)生電路、暫?？刂齐娐返炔糠帧８鞑糠钟?4LS192雙時(shí)鐘可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、74LS160十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器、7段共陰極數(shù)碼管、74LS48譯碼器、蜂鳴器、按鈕開關(guān)、單刀雙置開關(guān)、發(fā)光二極管、LM7805、二極管、變壓器、電阻、電容以及適當(dāng)?shù)?4LS系列門電路構(gòu)成。關(guān)鍵詞限時(shí)、時(shí)間提示、脈沖、計(jì)時(shí)、報(bào)警、比較、置數(shù)設(shè)計(jì)要求1、發(fā)言時(shí)間設(shè)定在1～17分鐘可調(diào)。2、設(shè)定時(shí)間倒計(jì)數(shù)顯示。3、在限時(shí)時(shí)間到的前2分鐘，每隔半分鐘LED燈閃爍一次提示；4、限時(shí)時(shí)間到時(shí)，LED燈亮、蜂鳴器發(fā)出聲響，并且數(shù)碼管顯示保持在“000”狀態(tài)。5、應(yīng)有設(shè)定輸入及暫停開關(guān)，用LED燈和蜂鳴器表示工作狀態(tài)。一、系統(tǒng)概述§1.1設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想框圖為圖1-1所示，分為時(shí)鐘脈沖電路、倒計(jì)時(shí)電路、預(yù)置時(shí)間電路、顯示電路、門電路比較控制電路、提示信號(hào)發(fā)生電路、報(bào)警電路、置零保持控制電路等部分。脈沖電路產(chǎn)生1Hz的時(shí)鐘頻率信號(hào)作為倒計(jì)時(shí)的脈沖信號(hào)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，通過譯碼電路顯示在數(shù)碼管上。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)2分鐘以內(nèi)后每隔半分鐘發(fā)出提示信號(hào)。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)顯示為0時(shí)，LED燈一直亮且蜂鳴器一直響，并且數(shù)碼管顯示保持在000狀態(tài)。按下置數(shù)開關(guān)，脈沖給十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器脈沖，可以給電路進(jìn)行1分鐘到17分鐘范圍內(nèi)置數(shù)?！?.2方案論證及選擇1.2.1電源方案選擇方案一：用5V的蓄電池做電路的工作電源。電路接線簡單，使用方便，可移動(dòng)性能強(qiáng)，整體電路均為5V的電源不必變壓可以直接使用。但是，總體電路的芯片較多，每個(gè)芯片均需要電源提供5V的電壓，總體耗電量可能較大，當(dāng)蓄電池電量不足時(shí)可能影響芯片的正常工作，使電路出現(xiàn)混亂。而且市場(chǎng)上5V蓄電池也不容易買到。常用方法為一個(gè)6V的蓄電池（3片2V的蓄電池）串聯(lián)一個(gè)二極管降到5.3V左右，但是蓄電池的電壓很不穩(wěn)定，在充滿電的時(shí)候，電壓可以達(dá)到2.4V×3=7.2V，在一般的時(shí)候也是2.25V×3＝6.75V，完全放電以后的電壓為1.75V×3＝5.25V。電壓變化范圍較大，有的芯片對(duì)電壓要求比較嚴(yán)格，所以此方案不可行。方案二：使用LM7805構(gòu)成5V穩(wěn)壓電源。通過變壓器將市電220V，50Hz交流電轉(zhuǎn)化為12V，50Hz交流電，在通過全橋二極管進(jìn)行整流，通過LM7805進(jìn)行穩(wěn)壓得到5V直流電壓。此方案比較容易實(shí)現(xiàn)，LM78XX系列產(chǎn)品可以在任何一個(gè)電子元件商店一定都能買到，成本較低，性能穩(wěn)定，輸出電流最大可達(dá)1A，可以滿足設(shè)計(jì)要求。故此方案可行性比較高，所以選用此方案。1.2.2時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路方案選擇方案一：使用晶體振蕩分頻電路。采用石英晶體振蕩器，起振快，時(shí)基精度高。振蕩工作頻率僅決定于石英晶體的諧振頻率，而與電路中的R、C數(shù)值無關(guān)。振蕩器經(jīng)內(nèi)部分頻電路后可分為多檔輸出，可以使脈沖精度從毫秒到小時(shí)。起振、停振、清零都可以從電路上端口直接控制，方便。但本系統(tǒng)中所用的脈沖只需1Hz的低頻脈沖，不需太高的精確度，而石英晶體振蕩頻率較高，用在本系統(tǒng)需多次分頻，電路會(huì)比較復(fù)雜。所以不用此方案。方案二：采用555定時(shí)器芯片構(gòu)成多諧振蕩電路。采用555定時(shí)器芯片構(gòu)成多諧振蕩電路產(chǎn)生所需脈沖。555定時(shí)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，就可以構(gòu)成多諧振蕩脈沖電路，使用靈活方便，振蕩周期可根據(jù)其外部接的電阻、電容計(jì)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。所以選用此方案。1.2.3倒計(jì)時(shí)電路方案選擇由于設(shè)計(jì)中要求實(shí)現(xiàn)倒數(shù)計(jì)時(shí)，故須選擇可逆計(jì)數(shù)器，而74LS192、74LS193均為雙時(shí)鐘脈沖輸入可逆加減計(jì)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(jìn)制計(jì)數(shù)，而74LS193為16進(jìn)制計(jì)數(shù)，本系統(tǒng)中用到的十進(jìn)制計(jì)數(shù)較多，故選用74LS192電路較為簡單方便。而74LS192無論在加計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)時(shí)，雙時(shí)鐘脈沖均需保持一個(gè)為高電平，另一個(gè)輸入時(shí)鐘脈沖，基于此要求本系統(tǒng)中采用3片74LS192為倒計(jì)時(shí)電路。并利用復(fù)位置位控制端為置數(shù)電路，清零電路做準(zhǔn)備。1.2.4預(yù)置時(shí)間電路方案選擇方案一：使用單刀雙擲開關(guān)給74LS192的輸入端賦初值。圖1-2單刀雙擲開關(guān)賦值電路方案二：使用74LS160十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)。由74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。每按一次開關(guān)，控制相應(yīng)的計(jì)數(shù)器累加1。利用按鈕開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)上升沿信號(hào)給74LS160的時(shí)鐘輸入端，為74LS160提供脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)增加。但是按鈕開關(guān)按下后自動(dòng)彈起，在此過程中的時(shí)間非常短暫，產(chǎn)生一個(gè)非常短的負(fù)脈沖，不足以引起74LS160加計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)工作，所以要增加適當(dāng)?shù)碾娐肥惯@個(gè)負(fù)脈沖進(jìn)行延時(shí)，保證有足夠的時(shí)間使74LS160加計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)工作。圖1-3電路在仿真中簡單且容易實(shí)現(xiàn)，但在實(shí)際電路并不可行，若要采取此方案還應(yīng)增加適當(dāng)?shù)碾娐?。圖1-3利用74LS160賦初值電路1.2.5顯示電路方案選擇方案一：使用LCD顯示電路。LCD顯示比較清晰，完整，但是電路復(fù)雜，需要比較專業(yè)的知識(shí)來完成LCD控制，且價(jià)格較高，故不采用此方案。方案二：用7段共陰極數(shù)碼管構(gòu)成。由于由技術(shù)電路芯片74LS192、74LS160出來的信號(hào)為4位二進(jìn)制數(shù)，故用74LS48共陰極7段數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片和共陰極數(shù)碼管就可以構(gòu)成顯示電路。此方案簡單、經(jīng)濟(jì)且易于實(shí)行，所以選用此方案。1.2.6比較控制電路方案選擇方案一：用74LS58比較器芯片構(gòu)成。74LS58是4位二進(jìn)制數(shù)比較芯片，利用級(jí)聯(lián)輸入端進(jìn)行級(jí)聯(lián)擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)比較功能。但是使用74LS58芯片接線比較復(fù)雜，而且本系統(tǒng)比較數(shù)據(jù)比較簡單，所以不使用此方案。方案二：利用門電路構(gòu)成。本系統(tǒng)需要比較倒計(jì)時(shí)為2分鐘、1分半鐘、1分鐘、30秒和倒計(jì)時(shí)為0。用適當(dāng)?shù)拈T電路就可完成，工作原理比較簡單，成本較低。所以采用此方案。1.2.7提示信號(hào)發(fā)生電路、報(bào)警電路、置零保持、暫?？刂齐娐贩桨柑崾拘盘?hào)分為2分鐘及其以內(nèi)每隔半分鐘LED閃亮一次，倒計(jì)時(shí)為0時(shí)LED一直亮且蜂鳴器一直響。利用從門電路比較出來的信號(hào)進(jìn)行控制。LED提示、報(bào)警電路利用門電路產(chǎn)生高電平使電路達(dá)到工作條件，并且使高電平作用到3個(gè)74LS160的清零端WR，使3個(gè)數(shù)碼管顯示一直保持在000狀態(tài)。暫停電路為在脈沖輸入端加一個(gè)單刀開關(guān)，開關(guān)閉合則電路正常工作，開關(guān)打開則電路暫停工作。二、單元電路設(shè)計(jì)§2.1電源電路設(shè)計(jì) 電源電路原理如圖2-1所示，220V、50Hz市電經(jīng)過變壓器變?yōu)?2V、50Hz交流電，在經(jīng)過全橋整流二極管進(jìn)行整流，經(jīng)過整流后在通過LM78065進(jìn)行穩(wěn)壓得到5V穩(wěn)壓電源。圖中開關(guān)控制整體電路的工作，用一個(gè)發(fā)光二級(jí)管（綠色）串聯(lián)一個(gè)小電阻10Ω作為電源工作的指示燈，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)發(fā)光二極管亮。圖2-15V圖2-15V電源原理圖在圖2-1電路中用萬用表測(cè)得的輸出端電壓為5.004V，如圖2-2所示。此方案電路可以為本系統(tǒng)中所有的芯片提供準(zhǔn)確的電源電壓，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行?！?.2時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路如圖2-3（a）所示，利用555定時(shí)器和電阻、電容構(gòu)成多諧振蕩器來產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)。當(dāng)RST端即555芯片的四角為高電平‘1’時(shí)多諧振蕩器開始進(jìn)行工作。輸出脈沖的頻率為(2.1)占空比為q=R所以電阻、電容的參數(shù)為:R1=44KΩR2=50KΩC1=10μF（a）電路原理圖（b）工作波形圖2-3555構(gòu)成多諧振蕩器（a）電路原理圖（b）工作波形圖2-3555構(gòu)成多諧振蕩器§2.3倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)表2-174LS192功能表CPUCPDRDLD工作狀態(tài)XX1X清零XX00預(yù)置數(shù)↑101加計(jì)數(shù)1↑01減計(jì)數(shù)利用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)作為74LS192的CPD信號(hào)，進(jìn)行減計(jì)數(shù)工作，74LS192為雙時(shí)鐘十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器芯片，其功能表如表2-1所示，當(dāng)CPU為高電平‘1’，RD為低電平‘0’，LD為高電平表2-174LS192功能表CPUCPDRDLD工作狀態(tài)XX1X清零XX00預(yù)置數(shù)↑101加計(jì)數(shù)1↑01減計(jì)數(shù)電路原理如圖2-4所示，555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器發(fā)出頻率脈沖，給U2的CPD信號(hào)，U2的TCD端為借位信號(hào)，當(dāng)U2輸出為0時(shí)TCD發(fā)出信號(hào)，將此信號(hào)接在U3的CPD上就為U3的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制減計(jì)數(shù)功能，當(dāng)計(jì)數(shù)到00時(shí)利用U7四端輸入的與非門，來控制U3、U2的異步置數(shù)端進(jìn)行置數(shù)，使計(jì)數(shù)為59到00的循環(huán)計(jì)數(shù)。74LS192的異步清零和CPU接高電平‘1’。但是在整體電路中清零端要接在清零開關(guān)上面。圖2-4倒計(jì)時(shí)顯示電路§2.5預(yù)置時(shí)間電路設(shè)計(jì)使用四個(gè)單刀雙擲開關(guān)給U1賦初值，改值即為計(jì)時(shí)開始時(shí)的分鐘數(shù)，由于兩個(gè)表示秒的U2、U3的初值分別為5、9，即本電路的最小計(jì)時(shí)時(shí)間為59秒，即為1分鐘，所以設(shè)定四個(gè)單刀雙擲開關(guān)后，實(shí)際的計(jì)時(shí)時(shí)間要在此基礎(chǔ)上加上1分鐘。賦初值的四個(gè)開關(guān)應(yīng)在通電之前就設(shè)定好，通電前應(yīng)先斷開置零開關(guān)SW5，通電后之后再合上防止置零信號(hào)影響初始值的設(shè)定。圖2-5單刀雙擲開關(guān)賦值電路§2.6顯示電路設(shè)計(jì)圖2-6顯示電路原理圖本系統(tǒng)中應(yīng)用的各個(gè)數(shù)碼管均為圖2-6顯示電路原理圖顯示部分電路分為數(shù)碼管和驅(qū)動(dòng)電路兩個(gè)部分連接如圖2-6所示，利用74LS47或74LS48共陰極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)譯碼芯片與7段共陰極數(shù)碼管相連接。74LS47的輸入端D、C、B、A接在計(jì)數(shù)器的輸出端，74LS47的控制端均接高電平1，即可完成顯示功能?！?.7比較控制門電路設(shè)計(jì)本部分電路設(shè)計(jì)是利用門電路的邏輯功能而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)要求，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到最后兩分鐘時(shí)每隔半分鐘LED閃爍一次，倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)LED亮且蜂鳴器響。在倒計(jì)時(shí)顯示部分，當(dāng)輸出到00：00時(shí)，倒計(jì)時(shí)部分應(yīng)該停止計(jì)數(shù)，因?yàn)?4LS192沒有暫?？刂贫?，所以當(dāng)顯示為0時(shí)利用門電路接入三個(gè)74LS192的清零端使數(shù)碼管一直處于置零狀態(tài)從而達(dá)到停止計(jì)數(shù)的效果。用3個(gè)四輸入一輸出的或非門電路的輸入端分別接到三個(gè)數(shù)碼管，輸出端接到另一個(gè)四輸入一輸出的與門，只有當(dāng)三個(gè)數(shù)碼管都為0時(shí)，S、SS、MIN端才會(huì)同時(shí)輸出高電平，即U7：B的輸出端才會(huì)輸出高電平，此時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器響。比較電路需判斷出數(shù)碼管分別為2:00、1:30、1:00、0:30、0：00時(shí)的五種狀態(tài)。比較可知，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)數(shù)碼管為0或1或2，第二個(gè)數(shù)碼管為0或3，第三個(gè)數(shù)碼管為0時(shí)，則包含了上述五種情況。具體電路如上圖所示。三、系統(tǒng)綜述、總體電路圖本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)功能為發(fā)言時(shí)間設(shè)定在1分鐘到17分鐘可調(diào)；在主持人的控制下，設(shè)定時(shí)間倒計(jì)數(shù)顯示；在限時(shí)時(shí)間到的前2分鐘，每隔半分鐘LED燈閃爍一次提示；限時(shí)時(shí)間到時(shí)，LED燈亮并且蜂鳴器發(fā)出聲響。設(shè)定有輸入及暫停開關(guān)，LED燈和蜂鳴器表示工作狀態(tài)。電路原理模塊分為時(shí)鐘脈沖電路、倒計(jì)時(shí)電路、預(yù)置時(shí)間電路、顯示電路、門電路比較控制電路、提示信號(hào)發(fā)生電路、暫?？刂齐娐返炔糠帧８鞑糠钟?4LS192雙時(shí)鐘可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、74LS160十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器、7段共陰極數(shù)碼管、74LS48譯碼器、蜂鳴器、按鈕開關(guān)、單刀雙置開關(guān)、發(fā)光二極管、LM7805、二極管、變壓器、電阻、電容以及適當(dāng)?shù)?4LS系列門電路構(gòu)成。圖3-1系統(tǒng)總體電路原理圖四、結(jié)束語§4.1本設(shè)計(jì)特點(diǎn)、存在的問題及改進(jìn)意見特點(diǎn)：本設(shè)計(jì)系統(tǒng)簡單實(shí)用，成本較低，制作成成品后，操作簡單，容易掌握?？梢酝瓿筛鞣N簡單的比賽、娛樂的計(jì)時(shí)工作。存在問題：本設(shè)計(jì)的時(shí)鐘信號(hào)是利用555構(gòu)成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1Hz的頻率信號(hào)作為時(shí)鐘脈沖，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的精度不是很高，可能會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，作為對(duì)時(shí)間精度要求不是太嚴(yán)格的場(chǎng)所可以應(yīng)用本設(shè)計(jì)，若對(duì)時(shí)間的精度要求嚴(yán)格，可選用晶振分頻后作為脈沖信號(hào)，但是電路比較復(fù)雜。另外，本系統(tǒng)輸入限時(shí)時(shí)間為1-17分鐘，顯然時(shí)間較短，不符合實(shí)際的會(huì)議時(shí)間長度。改進(jìn)意見：本系統(tǒng)在實(shí)際制作中，可以用能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的晶振電路作為脈沖信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)比較準(zhǔn)確的完成計(jì)時(shí)功能。另外，可再加一個(gè)顯示十分鐘的數(shù)碼管，則系統(tǒng)的輸入時(shí)間改進(jìn)為60分鐘?！?.2心得體會(huì)《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)這學(xué)期數(shù)字邏輯課程所學(xué)內(nèi)容的一次綜合練習(xí)，從中不僅強(qiáng)化了我對(duì)教材中知識(shí)的理解和掌握。而且也拓展了我在數(shù)字電子技術(shù)方面的知識(shí)，和對(duì)自己所學(xué)專業(yè)的認(rèn)識(shí)。