打铃课设报告讲解.docx
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打铃课设报告讲解
沈阳航空航天大学
课程设计
（说明书）
简易上下课打铃器电路的设计
班级
学号
学生姓名
指导教师
沈阳航空航天大学
课程设计任务书
课程名称数字逻辑技术课程设计
课程设计题目简易上下课打铃器电路的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
设计一个简易的上下课打铃装置,技术要求如下：
①每天上午的上下课时间顺序为:
8:
20开始,上课45分钟,休息10分钟,上课45分钟，
休息20分钟,上课45分钟,休息10分钟,上课45分钟结束；
②按上述节奏设计一个打铃装置.在上下课时都要打铃；
③要求用组合逻辑电路和时序逻辑电路及模拟电路完成。
④时钟信号可以用现成的信号源产生。
二、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1.童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：
高等教育出版社，2006年
2.数字电路教科书
五、按照要求撰写课程设计报告
成绩评定表：
序号
评定项目
评分成绩
1
设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）
2
设计结果可信（例如：
系统分析、仿真结果）（15分）
3
态度认真，遵守纪律（15分）
4
设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）
5
答辩（30分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2015年7月19日
1、概述
随着科技的进步，人们生活水平得到进一步提高，社会上一切都朝着简捷与方便发展，生活和工作中对于电子产品的需求量也越来越大，电子产业的发展也越来越迅速。
在现如今快节奏的生活中，人们对于时间的要求越来越苛刻，很多时候需要对时间规划，然后到时间点就要有时间提醒，这就必须用到时钟提醒装置，亦可称为打铃装置。
打铃装置有很多种，比如手机的打铃系统，闹钟的机械打铃系统，广播打铃系统等等，但是日常生活中见得最多的还是校园的自动打铃系统。
在学校生活中，每天上课都离不开打铃系统的使用。
打铃器可以为上下课的学生和老师们提供时间提醒，有利于师生对上课和学习的合理安排。
同时也可以作为一个提醒学生作息时间的时间表，让老师和学生都有一个规律科学的时间安排。
因此，打铃系统的核心部分是时钟部分和控制部分，为系统提供时间基准。
本设计是根据目前我校的师生作息时间进行打铃，早上8：
20开始上课，一直到晚上19：
50下课，总共20个打铃时间，本设计的核心是一共6片74LS160，以及6个数码管，构成了全天24小时的时间，包含了时、分、秒，其中分和秒为60进制，时为24进制，分别用2片74LS160构成。
打铃装置是用蜂鸣器构成，总共20个打铃点，用74LS32连接，当时间到达某一个点是，给蜂鸣器一个脉冲，让蜂鸣器正常工作。
电路设计保证了优先使用相同门的原则，便于集成。
二、方案论证
设计一个简易上下课打铃器，要求实现学校每天的师生正常作息时间打铃，用组合电路和时序电路以及模拟电路完成。
方案一：
利用独立电压源提供脉冲、利用74LS160来设置六十进制和二十四进制的进位输出、利用数码显示器来显示时间、利用或门、非门、四输入与门、四输入与非门等电路元件进行组合、级联后得到设计所要求的电路图，用蜂鸣器进行打铃。
该电路原理框图如图1所示。
图1简易上下课打铃电路的原理框图
据原理框图可以看出，整个电路分为三个部分，第一部分时钟产生电路，由6片
74LS160构成，其中4片构成六十进制，实现分、秒的进位，剩下2片构成二十四进制，实现时的进位，74LS160采用的是同步预置数法。
第二部分是打铃时间控制电路，由组合逻辑电路组成，包括了非门、与门以及或门，使用的74LS04，74LS21，74LS32以及蜂鸣器BUZZER组成。
每当时间到达本校作息时间其中的一个点时，蜂鸣器都会响铃一分钟。
第三部分是数字显示电路，由6个七段显示数码管构成，直接接在6片74LS160的输出端，显示当前的时间。
方案二：
方案二原理框图如图2所示。
图2简易上下课打铃电路的原理框图
此方案的设计思路是，通过判断下一次打铃距上一次打铃的时间间隔来报时。
这20个时间点的时间间隔依次是45、10、45、20、45、10、45、90、45、10、45、20、45、10、45、60、45、10、45分钟。
用45进制、10进制、20进制、90进制、60进制计数器来控制响铃的间隔时间。
它们的输出端接入四选一的数字选择器，数字选择器输出选中的计数器的信号。
当计数器计到45分或10分或20分或90分或60分钟时开启响铃系统来报时。
数字选择器的控制端用四个四位寄存器控制，可事先预置不同的时间间隔出现的次序。
然后依次滚动输出所需的控制信号。
本设计采用的是第一种方案，第一种方案与第二种方案比较起来，第一种方案更简单且易集成化，更有利于实际生产。
并且第一种方案基本实现了设计要求，满足了校内师生作息时间规律的打铃提醒设计。
在电路设计的过程中，考虑到电路的延时特性，加入了5个单刀双掷开关，分别控制5个74LS160的片子，当电路的时间不准确有误差时，通过把开关拨到另一个方向，实现调节功能。
3、电路设计
1.时钟产生设计
（1）六十进制
六十进制计数器由两片74LS160十进制计数器构成，采用置数法实现，如图3所示。
首先将两片74LS160计数器进行级联，下面的74LS160片子实现的是十进制，上面的74LS160片子实现六进制，两个片子级联为六十进制，即个位的进位输出与十位的ET、EP相连，用个位74LS160的进位输出来控制十位74LS160的计数。
当十位的74LS160计数状态为QDQCQBQA=0101、个位的74LS160计数状态为QDQCQBQA=1001时，十位的74LS160的QCQA经与非门产生反馈清零信号，将十位片子进行置零，实现六十进制数。
其中单刀双掷开关S3，当拨到下面时，按照进位信号进行计数，当拨到上面时，实现调整时间延时错误或者设置时间的功能。
图360进制计数器
（2）二十四进制
二十四进制计数器由两片74LS160十进制计数器构成，采用整体置数法实现，如图4所示。
首先将两片74LS160计数器进行级联，下面的片子实现的是十进制，上面的片子实现二进制，把两个片子级联为二十四进制，即个位的进位输出与十位的ET、EP相连，用个位的进位输出来控制十位的计数。
当十位的74LS160计数状态QDQCQBQA=0010、个位的74LS160计数状态为QDQCQBQA=0011时，同时分、秒都是达到进位状态时，经四输入与非门产生反馈清零信号，将二十四进制中的十位74LS160和个位74LS160都进行置零，实现二十四进制计数。
其中单刀双掷开关S1，当拨到下面时，按照进位信号进行计数，当拨到上面时，实现调整时间延时错误或者设置时间的功能。
图424进制计数器
2.数字显示电路设计
采用6个7段显示数码管，分别接在时、分、秒的74LS160的QDQCQBQA端，如图5所示，7段显示数码管从上到下连接的顺序依次为QDQCQBQA。
图5数码管显示电路
3.打铃时间控制电路设计
在时间输出的线路上引出一排导线，在非门、四输入与门，或门的控制下输出20个打铃时间，其中有一个为1，后面的蜂鸣器和LED灯就开始工作，响铃一分钟。
例如：
时间8：
20，用二进制数可表示为00000100：
00100000，用非门控制74LS160的输出，当小时的十位为0，个位为8，且分钟的十位为2，个位为0时，即时间信号为08：
20时，用一个四输入与门把四位数连接起来，输出为1，使蜂鸣器开始工作一分钟，LED灯发光。
如图6所示。
图6打铃时间控制电路
4、性能测试
1.时钟产生设计电路的测试
（1）六十进制电路测试如图7所示。
图7六十进制电路测试
（2）二十四进制电路测试如图8所示。
图8二十四进制电路测试
2.打铃时间控制电路的测试
如图9所示，8：
20为打铃时间点，LED灯闪亮。
图9打铃时间控制电路测试
3.电路整体性能的测试
图108：
20打铃时间测试图
图119：
05打铃时间测试图
图129：
15打铃时间测试图
图1310：
00打铃时间测试图
图1410：
20打铃时间测试图
图1513：
30打铃时间测试图
图1618：
10打铃时间测试图
图1719：
50打铃时间测试图
5、结论
经过本设计的电路进行性能测试，可以得出所设计的简易上下课打铃电路达到了预期的效果。
按照每天上午上下课第一次打铃时间8:
20开始,上课45分钟,休息10分钟,上课45分钟，休息20分钟,上课45分钟,休息10分钟,上课45分钟，休息90分钟，然后按照以上顺序在进行下午上下课时间打铃。
并且电路设计用到组合逻辑电路和时序逻辑电路及模拟电路完成。
时钟信号采用现成的1kHz的信号源产生。
最后数字显示电路分别显示以上20个打铃时间到来时，蜂鸣器以及LED灯开始正常工作，工作时间为一分钟，与预期设计的理想结果相同。
并且在预期的设计要求上，在电路设计的过程中，考虑到电路的延时特性，加入了5个单刀双掷开关，分别控制5个74LS160的片子，当电路的时间不准确有误差时，通过把开关拨到另一个方向，实现矫正时间的功能。
但该电路设计仍然存在问题，不能如设置闹钟一样设置打铃时间，打铃时间已经固定，不能任意调节，除非重新在设计的电路中添加元器件，添加打铃时间。
参考文献
[1]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[2]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京：
国防工业出版社，2005年
[3]李秀人.电子技术实训指导.[M]北京：
国防工业出版社，1998年
[4]陆坤.电子设计技术.[M]：
电子科技大学出版社，1997年
[5]卿太全，李萧，郭明琼.常用数字集成电路原理与应用.[M]北京：
人民邮电出版社，2006年
[6]全新实用电路集萃丛书编辑委员会著.电源应用电路集萃.[M]北京：
机械工业出版社，2005年
[7]康华光主编.电子技术基础[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[8]全新实用电路集粹编辑委员会著.全新实用电路集粹（下册）.[M]北京：
机械工业出版社，2006年
[9]全新实用电路集萃丛书编辑委员会著.电源应用电路集萃.[M]北京：
机械工业出版社，2005年
[10]唐竞新主编.《数字电子电路》[M]北京：
清华出版社2005年
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
LS1
蜂鸣器
1KHz蜂鸣器
1
2
LED1
LED灯
LED_green
1
3
V1
信号源
1kHz脉冲信号
1
4
U20A、U20B、U24A、U24B
四输入与非门
74LS20N
4
5
S1~S5
开关
单刀双掷开关
5
6
U7~U12
7段显示数码管
共阴极
6
7
U1~U6
十进制计数器
74LS160N
6
8
U36、U40、U44A、U44B、U44C、U51、U54
或门
74LS32N
19
9
U13、U14、U15、U16、U17E、U18B、U19C、U23D、U25A、U26A、U27D、U28B
非门
74LS04N
28
10
U29~U35、U37~U39、U41~U43、U45~U50、U52、U53A、
四输入与门
74LS21N
41
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