会议发言限时器.docx
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会议发言限时器
《电子技术》课程设计报告
题目会议发言限时器
学院电子科学与应用物理学院
专业微电子学
班级微电子学10-2班
学生姓名钱立亮（20105167）
冯志胜（20105168）赖勐（20105169）
日期2012年6月
指导教师（签字）
一、指标与要求
根据本设计的功能要求，该设计电路分为时基电路（时钟脉冲电路）、时间预置电路、控制电路、显示电路、计时器、声响提示电路六个部分。
采用两个74LS160十进制计数器和适当的门电路完成时间预置控制，使其在1至99分钟可调。
利用555构成多谐振荡电路产生所需的1Hz脉冲。
用４片74LS192可预置BCD双时钟可逆计数器实现倒计时，用4片集成的4管脚LED灯实现显示功能。
在整个电路工作时间中，我们通过控制主时间脉冲完成暂停与继续计时功能。
最后，在时间到达0000时，通过多个4072完成锁零功能，同时，通过适当的门电路及555定时器构成单稳态触发器，使电路在显示到达0000时，声响响起，并在5秒后自动停止。
关键字：
课程设计，控制电路，声响提示，计时
二、设计步骤与思路
１、电路框图
2、单元模块设计
根据总功能框图的功能划分，具体设计各单元模块。
设计时，首先考虑每个模块都有几种实现方式，经过综合（比如从性能、掌握熟练程度、价格等各个方面）比较论证最终确定适合方案。
从要实现的功能及如何实现等方面着手，大体选择相应的元器件，再进行细节设计。
3、总电路图设计
a）单元功能模块设计好后，从各个单元功能模块间的控制关系着手，对各单元功能模块进行检验论证，保证各个模块间无冲突，均能正常运行。
b）分析每个模块的各个状态的转换及控制、各功能模块间的控制关系。
本设计应重点分析倒计时的各个须提示的状态的比较控制电路，还有相应的提示信号发生电路之间的关系。
c）纵观全局，规划总电路的布局，最后画出完整的电路图。
二、单元方案选择
１、预置时间方案选择
方案一：
由于设计要求倒数时间输入可调并译码显示，比较经典的方案是使用8279芯片：
40个引脚的8279芯片是由Intel于80年代首先推出的，参考资料较多，应用比较成熟。
优点：
最为通用，输入时间使用键盘方便、易操作。
缺点：
元器件多，面积大，电路复杂，需要较好的编程能力才能灵活运用，其综合成本较高，而且本系统只用到其键盘输入单个功能，不能充分利用它的强大功能。
方案二：
即本设计系统所选方案，由三个74LS160十进制计数器及适当的门电路组成。
充分利用的74LS160的异步清零、同步置数以及使能端等各个功能,达到设计要求，即输入时间必须在1~90分钟范围内可调。
本设计系统中设有10min位输入脉冲开关和1min位输入脉冲开关，每按一次相应开关，控制相应的计数器累加1。
电路原理简单、实用，成本较低，易于实现和控制。
２、时钟脉冲产生方案选择
时钟脉冲
本系统采用的是555芯片构成多谐振荡电路产生所需脉冲。
555定时器是一种单片集成电路，只需要在其外部配上少量的阻容元件，就可构成多偕等脉冲电路，使用灵活方便，振荡周期一般可根据其外部接的电阻、电容计算，公式为T=0.7（R1+2R2）C。
其电路较简单且可以利用T与R1、R2、C的关系方便地改变振荡频率，以满足系统要求。
３、倒计时计数显示
由于设计中要求实现倒数计时，故须选择可逆计数器，74LS192为双时钟脉冲输入可逆加减计数器，且其清零和置数方式均为异步，故选用74LS192电路较为简单方便。
74LS192无论在加计数还是减计数时，双时钟脉冲均需保持一个为高电平，另一个输入时钟脉冲。
显示可以采用集成的DCD_HEX_DIG_RED（Multisim10.1）LED灯。
４、提示信号发生电路
提示信号主要是由两片555芯片以及适当门电路组成。
其中一片555构成单稳态触发电路，控制延时提示信号的时间。
考虑到充分利用已用555芯片来产生不同提示信号。
鉴于该电路较为复杂，难以模拟，故而将电路中的声响提示电路，改为红灯提示。
三、使用的芯片功能及功能表
1、门电路74LS00、74LS02、4072
2、时间预置控制芯片74LS160
3、计时控制芯片74LS192
清单：
元件
参数
个数（片）
74LS192
/
4
74LS160
/
2
7400
/
2
4072
/
2
555
/
2
R电阻
12K欧
1
R电阻
30K欧
1
R电阻
45K欧
1
C电容
0.01uF
2
C电容
20uF
1
C电容
100uF
1
四、各模块工作原理
（单元电路设计计算）
1、预置时间电路工作原理：
先由主持人复位清零按下键【B】，然后设置发言时间t，设置时间键有10min位设置按键【C】和1min位设置按键【D】。
通常先设置74LS160（10min）位，每按一次设置键【C】即提供一个计数脉冲给计数器，使其累加1。
1min位由计数器74160（1min）控制。
由此达到了设置时间1~99分钟的要求。
如图1
图1
2、倒计时电路控制原理
芯片的选择：
由于设计中要求实现倒数计时，故须选择可逆计数器，而74LS192、74LS193均为双时钟脉冲输入可逆加减计数器，且其清零和置数方式均为异步，两者都可选，不同的是74LS192为十进制计数，而74LS193为16进制计数，本系统中用到的十进制计数较多，故选用74LS192电路较为简单方便。
而74LS192无论在加计数还是减计数时，双时钟脉冲均需保持一个为高电平，另一个输入时钟脉冲
由这些要求可知需要十进制可逆计数器，因此可选中规模集成计数器74LS192，它是一种可预置的同位同步二进制可逆十进制计数器，上升沿触发，由于74192没有保持脚，故需要外围电路实现保持功能。
74LS192电路的设计思路：
①.实现四片74LS192清零功能：
清零，由于该电路要求在开始过程会有一次清零，同时要给电路一次预置时间的动作，所以我们可以通过设置将清零与时间预置通过一次性动作实现。
将两个min分位的两个的CLR直接接高电平，将LOAD接高低电平切换按键【B】（如图3），这样，我们即可以实现min（分）位的时间清零工作。
而sec（秒）位，我们可以将LOAD接高电平，将CLR通过一与非门，自与非一次，接至高低电平切换键【B】。
图3高低电平切换键
②.级联及减计数
通过清零与置数之后，观察功能表，我们得知，在减计数的要求下，我们必须保证UP管脚接高电平。
既然是计时，所以我们可以通过后一位的借位BO与前一位的DOWN连接完成借位，最后一位74LS192上DOWN直接接脉冲。
这样就可以完成倒计时的功能了。
见图4
图4
秒位59的置数方法：
由于74LS192是十进制计数器，所以无法自动完成1min=60sec的转换，我们可以通过一次强制置数完成该功能，主要方法是，在10sec向上一位1min借位的时候，BO会产生一个从1到0的变化，将该信号接过来，放在LOAD上，同时使10sec的ABCD接1010,1sec接1001.这样就完成了99到59的自动转换。
如图5
图5
3、显示电路
这个部分较容易实现，因为这个部分，现在市场上有集成的LED（DCD_HEX_DIG_RED）灯可以使用，故而没用译码器。
见图6
图6
4.时钟脉冲的设计
555定时器构造：
定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单稳态定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图7所示。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。
同时它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。
图7555定时器内部方框图
555构成多谐振荡电路：
由555构成的多谐振荡电路如图9所示。
图（a）所示电路输出端得到的方波周期为：
T=（R1+2R2）Cln20.7（R1+2R2）C
其占空比q=（R1+R2）/（R1+2R2）是固定的。
为得到占空比可调的方波，可采用图（b）所示电路，输出端得到的方波周期为：
T=（RA+RB）Cln20.7（RA+RB）C
其占空比为：
q=RA/（RA+RB）。
在该实验中，我们使用的时钟脉冲图为图10：
图10
（注意：
图中电阻是仿真为加快速度选择的数据，实际中的R3=12kΩ，R4=30kΩ）
5.报警提示电路
我们使用了一个红灯作为提示信号，为满足要求，我们必须使用555构成的单稳态触发器，555构成单稳态触发器的方法如下：
由555构成的单稳态触发电路如图11（a）所示。
稳态时输出为低电平，当输入端有负脉冲触发时，电路进入暂稳态，输出为高电平。
暂稳态的时间为：
tp=RCln31.1RC。
电路的波形图见图（b）所示。
这种电路产生的脉冲宽度可从几微秒到数分钟，精度可达0.1%。
实际仿真过程中，我们的原理电路为，见图12
图12
6.锁零与产生上升沿
为了使电路在到达0000时能够锁住，我们将74LS192的16条输出端通过4072全或在一起，这样再和原来的时钟脉冲放在一起，这样就可以锁住在0000，并保持不动。
形如下图13
图13锁0000
单稳态触发器在使用过程中，1变成0之后必须重新回到1，即高电平，但是在锁零的过程中，之前是1，然后变成个0之后就无法回到高电平，我们用过查看相关资料得知，可以通过以下电路实现功能，如图14
图14
在设计电路的过程中，我们的电路图如下，见图15
图15
五、完整电路图（或见附图）
六、设计中遇到的问题及解决方法
1.试验中，我们总是无法锁零，这个问题一直持续多周，最后选中使用4072直接拴住74192的输出端，最后我们成功了。
我们也尝试过其他方案，例如：
直接利用10min位上的BO借位信号锁住0000，不行；使用4个BO，同样未达到效果。
还有，通过锁住555的复位端，这种方案本来时非常优良的方法，但是我们的实验中就是不允许，也未能成功。
最后我们使用了较为复杂4072进行攻关，并取得胜利。
2.第一次，我们利用Multisim11来进行仿真，可是在运行过程中总会中断，我们非常无赖，经过严格检查，我们确定是软件错误，最后选择EWB，很幸运，我们获得应有结果。
不过软件方面，EWB相对来说，杂、乱，不规整，这也使得我们不得不再选择Multisim，这次我们选择Multisim10来演示，效果非常好。
3.声响提示路中，我们无法使之再出现一个上升的高电平，只是我们一直无法在5秒后自动停止，参看课外书籍，我们了解到，可以使用以下方案来实现转换。
4.在仿真过程中，我们无法体会到开关防抖问题，线路搭建过程中，这个问题严重影响我们的制作精度及结果。
开关防抖方案为：
七、测试结果
仿真结果：
要求
实现与否
备注
在1~99分钟任意设定限时时间
实现
优
4位LED显示剩余时间，其中两位显示分，两位显示秒
实现
优
具有暂停和继续计时控制功能
实现
优
剩余时间“0000”时，要求发出一个持续时间为5秒的长提示音
实现
优
线路搭建结果：
要求
实现与否
备注
在1~99分钟任意设定限时时间
实现
缺少开关防抖，造成置数乱跳
4位LED显示剩余时间，其中两位显示分，两位显示秒
实现
优
具有暂停和继续计时控制功能
实现
缺少开关防抖，造成暂停之后启动数据变乱
剩余时间“0000”时，要求发出一个持续时间为5秒的长提示音
实现
线路板上声响喇叭自身短路，没有用声响，LED灯代替
八、心得体会
经过两个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。
在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。
从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
先谈一谈合作吧，在以后的人生中学会合作该是一门受用的艺术，课设开始前我对自己还是有那么一点担心的，虽然平时为人和善大气，可是我也有一个致命的缺点就是急性，直言不讳，开始的时候，我浏览了一下借回来的书，九本，可是可用信息量太少，我就那样直接的说借的书都用不上，由于是组友借回来的，我的强硬否定惹来了不快，再加上我做工作的时候就一心的工作，当然也就容忍不了别人聊聊天，看看电影，这样的事情发生了，似乎心里很烦躁，所以大家都好像有一种情绪失控倾向，属我最甚。
平静后好好的正视自己，合作就是要表达到位且要艺术，相互谅解包容，好在接下来大家可以平静的讨论，共同研究，我觉得这是我的突破，因为我想我以前很多时候讨论问题会争论，总是希望别人接受自己的观点，现在我还是尽量让别人接受我正确的观点，但我会慢慢讲理找证据，而不是通过声高。
团结协作就是我们成功的重要保证。
其次谈谈学习上的收获，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次数电课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
总体来说,这次课设让我受益匪浅.在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐.这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：
1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。
加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。
另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。
3，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的分频器的设计，开始并不理解分频器的原理，但是和其他的专业同学讨论后，理解了分频器的基本原理后，很快理解了为什么要分频。
收获颇丰，以后再接再厉。
（体会摘自长安大学田园同学）
九．参考文献
1曹汉房，数字电路与逻辑设计（第四版）.武汉：
华中科技大学出版社，2004
2林红主编，数字电路与逻辑设计（第二版）.北京：
清华大学出版社，2009
3常华、袁钢，仿真软件教程—Multisim和MATLAB.北京：
清华大学，2006
4吴敏、张晨彧、戴雷主编，电工电子实验与仿真.安徽：
安徽人民出版社，2007
5华成英主编，模拟电子技术基本教程.北京：
清华大学出版社，2010
1、multisim9计算机仿真聂典主编黄培根邱榕雷军副主编，电子工业出版社出版。
2、实用电子电路图集刘修文编中国电力出版社
1、林涛数字电子技术清华大学出版社2006
2、林涛数字系统原理与应用电子工业出版社2005
3、李哲英电子技术及其应用基础高等教育出版社2003
4、潘安EDA实用教程科学出版社2002
5、林涛模拟电子技术基础重庆大学出版社2001
6、杨欣电子设计从零开始清华大学出版社2005
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