6分钟演讲报时器.docx
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6分钟演讲报时器
电子课程设计
——演讲自动报时器
学院：
电子信息工程学院
专业、班级：
电气091502班
姓名：
梁兴泰
学号：
200915010213
指导老师：
黄庆彩
2011年12月
一、设计任务与要求………………………………………………2
二、总体框图……………………………………………………………2
三、器件选择……………………………………………………………3
四、功能模块……………………………………………………………11
五、总体设计电路图……………………………………………………20
六、心得体会……………………………………………………………21
演讲报时器
一、设计任务与要求
1、任务：
设计一个演讲报时器
2、设计任务与要求：
设计一个演讲自动报时控制电路，要求演讲时间为6min，在剩最后1min时喇叭响一下（输出为高电平）提醒演讲者。
在6min时喇叭再次鸣叫，时间为1min,即通知台上的演讲者时间已到，应停止演讲。
要求用指示灯显示秒数（以10s为单位），用显示器显示分钟数。
二、总体框图
本设计主要由四大模块电路组成：
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十秒的脉冲信号，该振荡器是由
555定时器组成的多谐振荡器。
计数器功能是用一个可预置数减法减法计数器组成，，实现从6分钟递减到0。
计数器由一块74LS192计数器构成。
显示部分由数码显示管，6个指示灯构成。
其中数码显示管现实6分钟倒计时，6个指示灯以10秒为单位循环点亮。
报警部分由两个蜂鸣器和两个单稳态触发器组成。
控制部分电路实现的功能有重置，启动。
用74LS138作为3线－8线译码器，译码器的输入端接计数器74LS192的输出端，当计数到零时输出信号使译码器相应端口输出低电平信号触发单稳态触发器。
总体方案框图如下：
10秒脉冲发生器D触发器倒计数部分显示部分
控制部分报警部分
图2-1
三、选择器件
表3-1
555定时器
3个
74LS192
1个
74LS00
2个
74LS74
6个
74LS04
3个
指示灯
6个
74LS138
1个
数码显示管
1个
蜂鸣器
2个
1、555定时器
振荡器主要采用的是由555定时器组成，下图为由555定时器电路图以及它的内部逻辑图：
图3-1555仿真图及内部逻辑图
555定时器的工作原理
555定时器有二个比较器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由三个5kW电阻组成的分压器，由此可以获得
和
两个分压值，一般称为阈值。
555定时器的1脚是接地端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CV，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，如继电器、扬声器、发光二极管等。
当TH高触发端6脚加入的电平大于
，TL低触发端2脚的电平大于
时，比较器A1输出高电平，比较器A2输出低电平，触发器置“0”，放电管饱和，7脚为低电平。
当TH高触发端加入的电平小于
，TL低触发端的电平大于
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脚加入的电平小于
，TL低触发端的电平小于
时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出高电平，触发器置“1”，输出高电平，放电管截止，7脚为高电平。
因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。
当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。
只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。
2、74LS192
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
下面介绍74LS192的引脚图和74LS192的功能表。
◆ 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状态后负脉冲输出。
图3-274LS192引脚图
图3-374LS192内部原理图
可以根据74LS192的引脚图来实现硬件连接，图2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为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，用做加计数或减计数时，必须接1。
MR为CR引脚，当接高电平时实现清零。
TCU为CO为进位输入，1001状态后负脉冲输出。
是进位输出端。
TCD为BO，是借位输出端。
0000状态后负脉冲输出。
CPU
CPD
CR
操作
×
×
0
0
置数
↑
1
1
0
加计数
1
↑
1
0
减计数
×
×
×
1
清零
表3-274LS192功能表
根据表3-2中74LS192的功能表，当LD=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，当计到9（1001）时，CO端输出进位下降沿跳变脉冲；当LD=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（0000）时，BO端输出借位下降沿跳变脉冲。
3、74LS04（非门）
仔细观察一下三极管组成的开关电路即可发现，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。
因此输出与输入的电平之间是反向关系，它实际上就是一个非门。
（亦称反向器）。
在一些实用的反向器电路中，为了保证在输入低电平时三极管可靠地截止，常在三极管的基极连接一个电阻R和一个负电源VEE。
由于接入了电阻R2和负电源VEE,即使输入的低电平信号稍大于零，也能使三极管的基极为负电位，从而使三极管能可靠地截止，输出为高电平。
当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在深度饱和状态，以使输出电平接近于零。
为此，电路参数的配合必须合适，保证提供给三极的基极电流大于深度饱和的基极电流。
所用芯片74LS04是一个有六个反相器的芯片，其逻辑框图如下图所示：
逻辑功能表如下图：
逻辑函数式Y=A
逻辑功能描述如下：
当输入端为低电平0时，输出端为高电平1；
当输入端为低电平1时，输出端为高电平0；
即输出端的电平与输入端的电平总是相反的。
4、74LS00（四2输入与非门）
5、74LS74（双D触发器）
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，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发D触发器电路。
6、蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。
本装置中采用压电式蜂鸣器：
压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、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构成。
当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
压电式蜂鸣器具有体积小、灵敏度高、耗电省、可靠性好，造价低廉的特点和良好的频率特性。
因此它广泛应用于各种电器产品的报警、发声用途。
最常见的莫过于音乐贺卡、电子手表、袖珍计算器、电子门铃和电子玩具等小型电子用品上作发声器件。
图3-8蜂鸣器仿真图及实物图
7、74LS138（3线-8线译码器）
3线-8线译码器74LS13的功能表
四、功能模块
1、555构成多谐振荡器（10秒脉冲发生器）
由555定时器构成的多谐振荡器及其工作波形如图所示。
接通电源后，电容C被电，
上升，当
上升到
时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时
为低电平，电容C通过
和T放电，使
下降。
当
下降到
时，触发器又被置位，
翻转为高电平。
电容器C放电所需的时间为
当C放电结束时，T截至，
将通过
向电容器C充电，
由
上升到
所需的时间为
当
上升到
时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为
图4-1555多谐振荡器及工作波形
此电路中要产生周期为10S，频率为0.1HZ的触发脉冲，经计算的到参数为
C=480ufR1=R2=10kΩ
图4-210秒脉冲发生仿真电路
图4-310秒脉冲发生电路仿真波形图
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及工作波形如下图所示。
图4-4555单稳态触发器及工作波形
用555定时器接成的单稳态触发器 电路的电压波形图
电源接通瞬间，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
上升到
时，触发器复位，
为低电平，放电BJTT导通，电容C放电，电路进入稳定状态。
若触发输入端施加触发信号（
），触发器发生翻转，电路进入暂稳态，
输出高电平，且BJTT截止。
此后电容C充电至
=
时，电路又发生翻转，
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T的饱和压降，则
从零电平上升到
的时间，即为输出电压
的脉宽
：
=RCln3≈1.1RC。
如果输入脉冲宽度大于输出脉冲宽度，则可以加入微分环节使输入脉冲变窄。
这种电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟，精度可达0.1%。
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。
此电路中要求暂稳态脉宽为1s和60s
经计算得到电路参数为R1=90.9ΩC1=100uF
R2=545.4kΩC2=100uF
7
图4-7单稳态触发器仿真电路（暂态时间为60秒）
图4-8单稳态触发器仿真电路波形图（暂态时间为60秒）
3、指示灯显示秒数电路（以10S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S1，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10S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，这样每隔十秒只有一个指示灯会发亮，每到来一个触发脉冲点亮下一个指示灯。
图4-96个D触发器状态循环示意图
图4-106个D触发器仿真电路图（100000状态）
1
2
3
6
3、计数器构成一个六分钟倒计时电路
6个D触发器部分循环周期为60S，60S后，当Q1再次由高电平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6分钟。
（在计数器开始之前，通过拨动开关S1使计数器置入数字”6”）
图4-116分钟计数器仿真电路图（初始状态）
图4-12译码电路仿真电路图
3
3
4
5
4、译码、显示电路
计数器的输出接入数码管显示电路，同时将计数器的输出接入74LS138译码电路。
5、蜂鸣报警电路
4
5
6
7
6、控制电路
当计数器倒计时刚到达零，而且6个D触发器的状态为100000时，74LS138译码器的Y0端输出低电平，触发第一个单稳态触发器，使之输出持续时间为1秒的高电平，之后又自动恢复为低电平。
驱动蜂鸣器发出1S的音频报警信号。
当计数器倒计时已到零，而且6个D触发器的状态第二次变为100000时，74LS138译码器的Y0端输出低电平，经反相器后变为高电平，此高电平信号与第一个D触发器的1Q输出端（此时也为为高电平）相与非后，输入到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，之后又自动恢复为低电平。
驱动蜂鸣器发出1分钟的音频报警信号。
当计数器倒计时已到零，6个D触发器的状态为100000时，74LS192的端输出为低电平，将此低电平信号与555多谐振荡器产生的10S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零后消失，不再循环计数。
五、总体设计电路图
总电路工作过程:
闭合开关S1使电路达到初始状态（6分钟），然后断开开关S1，进入6分钟倒计时状态，6个指示灯每隔十秒循环点亮，当时间还剩下一分钟时，蜂鸣器发出长达1秒钟的报警信号提醒演讲者，当6分钟时间到时，蜂鸣器发出长达1分钟的报警信号，再次提醒演讲者时间用尽，应停止演讲。
六、心得体会
在此次的演讲报时器设计过程中,我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各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,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。
在连接实物图时,你会发现有时仿真和电路连接并不是完全一致的,会遇到各种各样的问题，芯片的问题，线的问题等等，所以得一遍又一遍的连，锻炼了我的耐性。
有付出才有收获。
这次课程设计中，受益匪浅。
通过亲自选芯片，用其设计，对其功能和应用了解颇深，既巩固了课堂上所学的有关理论知识，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，学会了要科学的分析实际问题。
一切都要用事实说话。
只有结果显示出你所要的结果时，你的理论才成立。
在查资料和请教老师同学的过程中，知道了该如何去想怎样去做，但大部分时间是独立在做，很好的培养了我独立处理问题的能力，在遇到苦难时不能一味的依靠和拖延，想办法解决才是可行的。
此外，也培养了我认真严谨的作风，科学不容出一点错误。
总而一句话，在老师的帮助下，这次课程设计收获颇多。
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