8分钟演讲报时器_电气101502
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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101502班姓名:翟润发学号:201015010229指导老师:任青莲时间:2012年12月目录一、设计任务与要求 (2)二、总体框图 (2)三、选择器件 (3)四、功能模块 (10)五、总体设计电路图 (17)六、心得体会 (18)演讲报时器一、设计任务与要求1、任务:设计一个演讲自动报时器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8min,在剩最后1min时喇叭响一下(输出为高电平)提醒演讲者。
在8min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),用数码管显示分钟数。
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。
计数器功能是由一个可预置数减法的减法计数器实现从8分钟递减到0。
计数器由一片74LS192计数器构成。
显示部分由数码显示管,1个指示灯构成。
其中数码显示管实现8分钟倒计时,1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。
总体方案框图如下:图2-1三、选择器件表3-11、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3-1 定时器555引脚图及内部结构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cc V 32和cc V 31 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co V ,6脚是高触发端TH ,7脚是放电端DIS ,8脚是电源端cc V 。
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脚加入的电平小于cc V 1 ,TL 低触发端2脚的电平小于cc V 1 时,比较器A1输出高电平,比较器A2输出低电平,触发器置“1”,放电三级管截止。
当TH 高触发端加入的电平小于 cc V 2,TL 低触发端的电平小于cc V 2 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cc V 2 ,TL 低触发端的电平大于cc V 32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,放电三级管导通。
2、74LS19274LS192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3-2 74LS192引脚图图3-3 74LS192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。
由表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。
表3-2 74LS192功能表3、74LS04(6个非门)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)。
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:图3-4 74LS04引脚图图3-4 74LS04引脚图及内部结构 逻辑功能表如下图:表3-3 74LS04逻辑功能逻辑函数式Y=A4、74LS20(2个四输入与非门)图3-5 74LS20引脚图表3-4 74LS20功能表5、74LS08(2个二输入与门)图3-6 74LS08引脚图表3-5 74LS08功能表6、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。
图3-7 74LS74逻辑图与引脚排列图表3-6 74LS74逻辑功能表7、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1C 被充电,1C V 上升,当1C V 上升到cc V 32时,放电管导通,此时0V 为低电平,电容1C 通过2R 放电,使1C V 下降。
当1C V 下降到cc V 1时,0V 翻转为高电平。
电容器1C 放电所需的时间为2ln 122C R t =,当1C 放电结束时,T 截止,cc V 将通过1R 向电容器1C 充电,1C V 由cc V 1上升到cc V 32所需的时间为2ln 111C R t =。
当1C V 上升到cc V 32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,其周期为2ln )R R (T 12121C t t +=+=图4-1 555多谐振荡器此电路中要产生周期为10s (其中高电平2s ,低电平8s ),频率为0.1HZ 的触发脉冲,经计算得到参数为C=100uf R1=28.99k Ω R2=115.96k Ω图4-2 10秒脉冲发生器仿真电路图4-3 10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及工作波形如下图所示。
图4-4 555单稳态触发器及工作波形电源接通瞬间,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c V 上升到cc V 2时,0V 为低电平,放电管导通,电容C 放电,电路进入稳定状态。
若触发输入端施加触发信号(cc I V 31V <),电路进入暂稳态,0V 输出高电平,且放电管截止。
此后电容C 充电至cc c V 32V =时,电路又发生翻转,0V 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c V 从零电平上升到cc V 32的时间,即为输出电压0V 的脉宽w t :w t =RCln3≈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。
此电路中要求暂稳态脉宽为1s 和 60s,经计算得到电路参数为R1=9.09k Ω C1=100uF;R2=545.4k Ω C2= 100uF图4-5 单稳态触发器仿真电路(暂态时间为1秒)图4-6 单稳态触发器仿真电路波形图(暂态时间为1秒)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),指示灯接在D触发器的时钟端上。
4、采用6个D触发器构成的控制电路。
接通电源后,拨动开关J1,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。
同时,每隔十秒指示灯会亮一下。
图4-9 6个D触发器状态循环示意图图4-10 6个D触发器仿真电路图(100000状态)4.计数器构成一个八分钟倒计时电路6个D触发器部分循环周期为60s,60s后,当Q1由高电平1变成低电平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。
(在计数器开始之前,通过拨动开关J1使计数器置入数字”8”)图4-11 8分钟计数器仿真电路图(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4-12 显示电路6、蜂鸣报警电路图4-13 剩最后一分钟时报警电路图4-14 八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,峰鸣器发出1S的音频报警信号。
当计数器倒计时已到零,74LS192的输出经非门与非门后由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J1使之接地,使电路置数达到初始状态(8分钟),然后使开关J1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,同时指示灯每隔十秒循环点亮,计数器开始计时。