课堂响铃自动控制器.docx

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课堂响铃自动控制器

课程设计说明书

课程设计名称：

数字电路课程设计

课程设计题目：

课堂响铃自动控制器

学院名称：

南昌航空大学信息工程学院

评分：

教师：

2013年9月19日

数字电路课程设计任务书

2013－2014学年第1学期　第2周－4周

题目

课堂响铃自动控制器

内容及要求

〖基本要求〗利用555电路实现响铃自动控制，响铃的时间程序为：

振铃->10分钟间隔（休息）->振铃->50分钟间隔……

〖提高要求〗1）长线驱动，多处响铃2）方便的时钟校对

进度安排

2013.9.9-2013.9.15：

查阅资料，方案分析与设计，电路仿真；

2013.9.16-2013.9.22：

完成系统的制作、焊接、调试；

2013.9.23-2013.9.27：

画PCB线路板图，完成报告。

学生姓名：

指导时间：

周一、周二、周五

指导地点：

实验大楼南310、E610

任务下达

2013年9月9日

任务完成

2013年9月27日

考核方式

1.评阅

　2.答辩□3.实际操作

　4.其它□

指导教师

系（部）主任

注：

1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘要

课堂响铃自动控制器是通过电路控制产生相应信号的模拟课堂与课间模式的电子产品。

本次课程设计依据通过555和一些简单的元器件组合构成，可以实现较精确的计时和规则的不同间断的响铃，采用了555的单稳态和多谐振荡实现了定时控制电路，具有可控时间间隔的响铃，可应用于课堂响铃等需要定时的电路。

关键字

555单稳态延时，响铃，定时器

目录

前言1

第一章系统组成2

第二章单元电路设计3

2.1单元电路设计3

2.1.1555定时器构成单稳态触发器3

2.1.2555定时器构成多谐振荡器的电路4

第三章电路方案设计5

第四章实验、调试与测试结果及分析7

4.1试验仿真图7

4.2调试及测试结果及分析8

第五章实验结论及其体会9

参考文献10

附录11

元件清单11

实验原理图和PCB图12

实物图14

前言

课堂响铃自动控制电路可以有效的解决课堂响铃及其它需要定时的领域一些问题。

以前，课堂响铃都是人工手动的，这样又费时有费力，在本次设计中，设计了一种由555芯片控制的电路来控制时间定时的响上课铃和下课铃。

不仅可以节约人力和物力，更是可以使响铃时间更加精确，从而可以进入更多需要较精确计时的领域，今后将趋向于更加精确的计时方式，倾向于用集成数字电路更加多样化人性化的控制电路。

第一章系统组成

系统主要由74LS00的门电路和555构成的多谐振荡电路和单稳态电路组成。

图1-1设计框图

此次设计的电路为课堂响铃控制器。

为了在实现功能的基础上方便检查检验，将响铃规律调整为：

振铃->1秒钟间隔（休息）->振铃->4秒钟间隔……

由前面的单元电路设计可知，555定时器构成的单稳触发器和多谐振荡器可以构成课堂响铃控制器的电路。

可以运用几个多谐振荡器产生的自激振荡，产生的方波占空比尽可能为百分之五十，周期之比控制为1:

4来控制课堂响铃的延时，用单稳态触发器控制响铃的时间，再用几个与非门，使它能够满足程序要求。

第二章单元电路设计

2.1单元电路设计

2.1.1555定时器构成单稳态触发器

当输入Vi保持高电平时，Ci相当于断开。

输入Vi'由于Ri的存在而为高电平Vcc。

此时：

1.若定时器原始状态为0，则集电极输出（7脚）导通接地，使电容C放电、Vc=0，即输入6脚的信号低于2/3Vcc，此时定时器维持0不变。

2.若定时器原始状态为1，则集电极输出（7脚）对地断开，Vcc经R向C充电，使Vc电位升高，待Vc值高于2/3Vcc时，定时器翻转为0态。

图2-1555构成的单稳态触发器

单稳态电路一共经历三个时期：

静止期，暂稳态，恢复期。

暂稳态的持续时间主要取决于外接电阻R和电容C，可知输出脉冲的宽度Tw为：

Tw=RCln[Vcc/（Vcc-2/3Vcc）]=1.1RC

设计第三个555芯片的输出脉冲宽度大约为1s。

Tw=1.1RC=1

所以设计单稳电路的外界电阻R为91kΩ和电容C为10uF。

2.1.2555定时器构成多谐振荡器的电路

图5所示为用555定时器构成多谐振荡器的电路中，R端接高电平Vcc。

Vco（5）连接0.01uF电容，起滤波作用。

将Vi1（6）和Vi2

（2）连接在一起，作为输入信号Vi的输入端，就构成如图5所示的多谐振荡器电路形式。

将三极管Td输入端（7）通电阻R1接到电源Vcc，Td就构成集电极开路反向器形式，其输出再通过RC积分电路反馈至输入V1，就构成多谐振荡器。

图2-2555构成的多谐振荡电路

多谐振荡电路一共经历两个暂稳态:

在电容充电时，暂稳态持续时间为Tw1=0.7（R1+R2）C；在电容C放电时，暂稳态持续时间为Tw2=0.7R2C。

因此，电路输出矩形脉冲的周期Tw为:

Tw=Tw1+Tw2=0.7（R1+2R2）C

要使两个多谐振荡电路的周期分别8s和2s。

于是设计周期为2s的电阻R1,R2和电容C分别为8.5kΩ，140kΩ和10uF。

周期为8s的电阻R1,R2和电容C分别为100kΩ，510kΩ和10uF。

第三章电路方案设计

方案一：

图3-1设计电路一

课堂响铃控制该设计由第一个555芯片和第二个555芯片分别产生8秒和2秒的占空比接近百分之五十的方波。

然后经过74LS00的3个与非门，即

可以产生周期为8秒，其中前6秒和第7秒为高电平的方波。

然后进入第三个555芯片的单稳态电路，当其接收到高电平时就3脚就输出低电平，蜂鸣器不响。

当接收到低电平时3脚输出高电平，这时蜂鸣器发出响声。

其中三个555芯片都配有电位器。

前两个芯片可以调节方波的周期即可以调整响铃的时间间隔。

第三个芯片调节电位器是调节每次响铃的时间的。

方案二：

图3-2设计电路二

该方案大致原理和方案一一样，只是在单稳态电路后再接了一个多谐振荡电路可以使两次的响铃时间更加一致，并可以更加方便的调节周期时间。

但考虑到电路的简洁和原材料的节约，以及性价比。

选择了方案一。

第四章实验、调试与测试结果及分析

4.1试验仿真图

图4-1试验仿真图

在portel中按照设计的原理图连好仿真图，在连上示波器，为了更加方波的观察波形就调小了多谐振荡的周期和单稳电路的输出脉冲的时间。

并进行参数调节使输出的波形能达到预期的效果。

图4-2仿真波形图

调节电阻和电容使得第一和第二波形大约周期比为4:

1,使它们经过一系列与非门之后的波形即第三波形如上图所示的波形所示。

4.2调试及测试结果及分析

将全部元件焊接上去并接通电源，将一示波器调到直流档一端接在74LS00的8脚，另一端接在电源负极，观察波形，大致为下图所示。

图4-3示波器波形图

但是可能由于计算的取值误差或者电阻电容与标称值的不相同又或者是两个波形的占空比都大于百分之五十等原因使得两个多谐振荡电路的周期比不是完美的4:

1。

这样就会导致在若干个周期后，74LS00的8脚输出的波形可能产生错乱，输出3个甚至更多的低电平在一个周期中。

所以我们采取用可调的电位器来代替标称电阻，这样不仅可以调节响铃的周期间隔，还可以使得它们的周期比尽可能的接近整数比。

第五章实验结论及其体会

本次设计，设计出了一个比较简易的课堂响铃自动控制器。

利用555构成的单稳态触发器电路和多谐振荡电路设计出，延迟时间可根据需要调节充放电时间常数RC来实现。

本次设计的电路系统的主要特点在于利用555的定时功能以达到要求。

在本次实验中NE555定时器是一种新型的集成芯片,在了解其结构、内容后,设计出了电路,在电脑上进行模拟仿真,得到了自己期望的结果。

不过本设计要投入实际应用中去还是太不成熟了，应为太简陋，不完善的地方太多。

但是如果可以应用到其它需要简单定时的控制电路或领域，还是有很大发展前景的。

课堂响铃控制器可以有效地控制时间间隔，调节的自由度比较大。

但是工作功能太单一，电路太过于简单，难以扩展到其他领域或者代价太大。

所以如果作为某些集成部分的一块功能电路还是不错的选择。

参考文献

[1].张金,电子设计与制作100例[M],北京,电子工业出版社,2009

[2].阎石,数字电子技术基础[M], 北京,高等教育出版社,2005

[3].邱光源,电路[M], 北京, 高等教育出版社，2006

附录

元件清单

电阻

510kΩ一个

10kΩ一个

电位器

200kΩ三个

20kΩ一个

电解电容

10uF两个

瓷片电容

100nF两个

555芯片

三个

74LS00芯片

一个

蜂鸣器

一个

实验原理图和PCB图

图1实验原理图

图2PCB图

实物图

图3实物图正面

图4实物图反面