上课铃声打铃电路.docx

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上课铃声打铃电路

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

题目：

11上课铃声自动打铃电路

初始条件：

具备数字电子电路的理论知识；具备数字电路基本电路的设计能力；具备数字电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。

要求完成的主要任务：

（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、铃声用1W扬声器输出，4位数字时钟显示，时分设置24小时格式；

2、打铃时间分别为

8:

00,8:

45,8：

55,9:

40,10:

10,10:

55,11:

05,11,50,14:

00,14:

45,14:

55，15:

40,16:

00,16:

45,16:

55，17:

40,18:

00,18:

45,18：

55,19：

40,8:

00；

3、时间设置功能，定时时间误差1分钟；

4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书；

5、设计电源；

6、焊接：

采用实验板完成，不得使用面包板。

时间安排：

第十九周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

摘要

上课自动打铃电路，显示24进制时，60进制分。

并可在上课时间点自动打铃，同时上课打铃电路要有自动校时功能，主要用计数器计数输出，比较器比较，锁存器的输入打铃时间，以及译码器与数码管显示时间。

关键字：

打铃，校时，自动，显示

1.Multisim简介

NIMultisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。

作Windows下运行的个人桌面电子设计工具，NIMultisim是一个完整的集成化设计环境。

NIMultisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。

学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。

NIMultisim软件绝对是电子学教学的首选软件具。

（1）直观的图形界面　　

整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；　

（2）丰富的元器件　　

提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。

（3）强大的仿真能力　　

以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronicworkbench带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。

包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。

（4）丰富的测试仪器　　

提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量：

Multimeter（万用表）、FunctionGeneratoer（函数信号发生器）、Wattmeter（瓦特表）、Oscilloscope（示波器）、BodePlotter（波特仪）、WordGenerator（字符发生器）、LogicAnalyzer（逻辑分析仪）、LogicConverter（逻辑转换仪）、DistortionAnalyer（失真度仪）、SpectrumAnalyzer（频谱仪）、NetworkAnalyzer（网络分析仪）　　MeasurementPribe（测量探针）、FourChannelOscilloscope（四踪示波器）、FrequencyCounter（频率计数器）、IVAnalyzer（伏安特性分析仪）、AgilentSimulatedInstruments（安捷伦仿真仪器）、AgilentOscilloscope（安捷伦示波器）、TektronixSimulatedOscilloscope（泰克仿真示波器）、Voltmeter（伏特表）、Ammeter（安培表）、CurrentProbe（电流探针）、LabVIEWInstrument（LabVIEW仪器）。

这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。

除了Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建LabVIEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器。

（5）完备的分析手段　　

Multisimt提供了许多分析功能：

DCOperatingPointAnalysis（直流工作点分析）、ACAnalysis（交流分析）、TransientAnalysis（瞬态分析）、FourierAnalysis（傅里叶分析）、NoiseAnalysis（噪声分析）、DistortionAnalysis（失真度分析）、DCSweepAnalysis（直流扫描分析）、DCandACSensitvityAnalysis（直流和交流灵敏度分析）、ParameterSweepAnalysis（参数扫描分析）、TemperatureSweepAnalysis（温度扫描分析）、TransferFunctionAnalysis（传输函数分析）、WorstCaseAnalysis（最差情况分析）、PoleZeroAnalysis（零级分析）、　　MonteCarloAnalysis（蒙特卡罗分析）、TraceWidthAnalysis（线宽分析）、NestedSweepAnalysis（嵌套扫描分析）、BatchedAnalysis（批处理分析）、UserDefinedAnalysis（用户自定义分析）。

它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广,从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。

集成LabVIEW和Signalexpress快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能。

（6）独特的射频（RF）模块　　

提供基本射频电路的设计、分析和仿真。

射频模块由RF-specific（射频特殊元件，包括自定义的RFSPICE模型）、用于创建用户自定义的RF模型的模型生成器、两RF-specific仪器（SpectrumAnalyzer频谱分析仪和NetworkAnalyzer网络分析仪）、一些RF-specific分析（电路特性、匹配网络单元、噪声系数）等组成；　

（7）强大的MCU模块　　

支持4种类型的单片机芯片,支持对外部RAM、外部ROM、键盘和LCD等外围设备的仿真，分别对4种类型芯片提供汇编和编译支持；所建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码,并兼容第三方工具源代码；包含设置断点、、查看和编辑内部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。

（8）完善的后处理　　

对分析结果进行的数学运算操作类型包括算术运算、三角运算、指数运行、对数运算、复合运算、向量运算和逻辑运算等；　　

（9）详细的报告　　

能够呈现材料清单、元件详细报告、网络报表、原理图统计报告、多余门电路报告、模型数据报告、交叉报表7种报告；　　

（10）兼容性好的信息转换　　

提供了转换原理图和仿真数据到其他程序的方法，可以输出原理图到PCB布线（如Ultiboard、OrCAD、PADSLayout2005、P-CAD和Protel）；输出仿真结果到MathCAD、Excel或LabVIEW；输出网络表文件；向前和返回注；提供InternetDesignSharing（互联网共享文件）

2.分析与电路设计

按照要求需有4位时钟显示，即时和分，故需搭建一个数字时钟；要能按照要求时刻进行打铃，故需有控制电路对时间进行判断，进而打铃；另外还需设计时钟脉冲发生电路，因此将电路分成三个模块进行设计，分别是数字钟部分，打铃部分，脉冲发生部分。

图2-1系统原理框图

3.脉冲信号电路

采用55芯片构成振荡器

输出高电平时间T=（R12+R8）Cln2

输出低电平时间T=R8Cln2

振荡周期T=（R12+2R8）Cln2

频率f=1KHz

图3-1振荡电路

4数字钟显示电路

采用计数器4个74LS90构成24进制与60进制计数器，并采用4个74LS48与4个7脚的七段BCD数码管构成译码显示电路

图4-1译码显示电路

其中计数器显示“分”电路，个位在输出在由1001跳变为0000是最高位输出下降沿控制使能十位的使能端，在十位为0110时控制十位的清零，从而构成60进制。

“时”在个位输出0100，十位输出0010是控制十位与个位的同步清零，因此用一个与门加以判断。

出现问题：

在用multisim仿真时出现数码管的“0”和“8”的变化非常快，且在高位为“0”和“8”时不显示，但是对于后面的逻辑控制打铃电路没影响。

在我换了74LS160与4脚数码管后，显示较好，最终由于在后面仿真时出现问题（虽然与这无关），还是直接用了74LS90与七段数码管。

5时钟控制电路

因为要控制时钟可调，可采用一个D触发器与开关控制0→1→0→1的变换，即下降沿触发的74LS90在开关的一次转换时就会触发一次，从而达到加“分”加“时”的功能。

J1控制输入脉冲或加“分”信号，J2控制加“时”还是加“分”，J3控制电平转换，J5控制加“时”信号与“分”的进位信号。

图5-1时钟控制电路

出现问题：

在开关J5出最初想过用一个或门代替，但是分析当“分”十位为高电平时无法调时，因此用开关控制，当J1接入振荡信号时将J5接上端才能正常工作。

同时在前期由于对芯片不熟出现过低级错误，将脉冲信号单个接入“时”“分”的个位与十位，加以调整，才出来结果。

6.控制打铃电路

6.1失败方案一

最初的设想是分别在8:

00，9:

40，10:

10,，11：

50，14:

00，15:

40，16:

00，17:

40，18:

00，19:

40输出的高电平分别由8个单稳态电路构成8的较窄的脉冲（18:

00与19:

40分别与8:

00和9:

40相同，因此不控制），通过或门相加，再串行输入一个D触发器，将会输出在以上时间点为边沿的方波脉冲，输出控制一个“45+10”的“55”进制电路的使能端，在8:

00使能计数45分钟打铃，再计数10分钟自动清零同时控制打铃，一直到9:

40使能端变低电平，从而达到自动控制的目的，但是芯片太多太多，做不下去了，如果做实物肯定崩溃，在做了一大半后（能输出对应时间的较窄脉冲）,思考到在9:

40是使能端变低电平不使能，但是在9:

40会输出一次打铃信号，两者起冲突，在第三次电路改进时加入了对对应时刻输出二进制码分析，电路完善后并仿出一定结果后，果断放弃，下图为失败电路设计：

图6-1脉冲控制电路总图

图6-2脉冲控制改进总图

图6-3脉冲控制改进总图二

6.2失败方案二

在进一步思考和加上老师对我的指导，并参考网上的一个方案后，（相当于一个比较电路）设计出一个比较电路来控制打铃用4个74LS42译码器分别对74LS160的输出进行译码（这个方案的计时部分我用的是74LS160），由于74LS42为4－10线译码器，对于24进制时钟的译码完全足够，因此在译码器多余的输出端引脚空置，在输出端分别用2刻度，10刻度，6刻度，10刻度的旋钮开关选择输入下一级的引脚。

例如，要求在19:

40打铃，，在输出端接1,9,4,0可控制在19:

40时，同时输出低电平，再通过与非门控制输出为高电平，从而控制打铃，但是由于在仿真上出现小问题，不得已放弃了。

图6-4参考思路图

图6-5译码比较控制电路总图

6.3失败方案三

按照老师的方法，设计了一个“锁存器+比较器”的电路，原理是：

先输入一个时钟信号对应的16位二进制码，进行锁存，并与时钟信号进行比较，当两者相等时

输出低电平，二两个8为比较器的输出端通过一个与非门，当时钟信号与苏欧诺信号相等时输出高电平，因此可控制时钟。

图6-6八位比较器的比较控制电路图

此方案设计简单，实际易操作，但是在仿真时出现问题，此处用的8位二进制比较器为74F521，在仿真时当“时”的十位，个位分别相等时，“分”若输入10000000到00000000（即00和40）输出高电平，例如设定在13:

37输出一个高电平脉冲（宽度为13:

37变为13:

38的时间长度，即实际的一分钟），仿真会出现在13:

40到14:

00高电平，且会出现两个跳变，后经检查，为芯片问题，换成4个四位二进制比较器，才成功。

仿真如图：

图6-7八位比较器比较控制电路仿真图

6.4成功方案

用4个四位二进制比较器代替失败方案三的2个八位二进制比较器，其余地方相同，截图如下

图6-8四位比较器比较控制电路总图

仿真效果如下：

例如21:

34打铃，输出一个高脉冲。

图6-9测试仿真图

7.芯片的引脚功能表

表7-174LS48功能表

图7-174LS48引脚图

表7-274LS90功能表

图7-274LS90引脚图

表7-3LM555功能表

图7-3LM555逻辑图

图7-474F573引脚图

表7-474F573功能表

图7-574LS85引脚图

表7-574LS85功能表

图7-674LS08逻辑图

图7-774LS00逻辑图

图7-8七段数码管5611AH引脚图

8心得体会

在一开始准备用AltiumDesigner画原理图再仿真，当时连AltiumDesiner和multisim都不会，然后直接用multisim边画边仿真，而且由于对理论知识不是非常熟悉，在设计思路方面一开始想的过于复杂，在于室友讨论过后设计了一个很无语的方案，最后舍弃了，咨询了一下老师的意见才得出最终设计思路。

然后设计的时候对很多芯片不熟，往往因为一个芯片在网上看半天，但是却感觉比学习来的要真实的多，有时躺在床上有了一点点思路立马起来画图，虽然有时搞到凌晨2点多，但是一点也不累，第二天起继续搞。

因此，在第一天完全熟悉了multisim的操作，第二天，第三天构思原理，逐步尝试，并且失败了N次，最终在第四天成功仿真。

说实话我的数电学的并不怎么好，但是在这四天内，我几乎把数电的5678章看了个遍，相当于学了一半的数电。

在设计的过程中，我是全心投入的，虽然走了很多弯路，但是一定也不感觉到烦躁，相比之下，有的人把课设当成任务来做，在还剩5天的时候都不会用软件，然后心理压力大，效率低下，容易分心放弃。

其实放宽心态，不要过于在意你做没做出来，那么轻松一点总是好的，再加上全身心投入，一门课设在5天左右绝对可以从零开始，全部做完。

最后感谢刘老师，在我不懂得时候指导我。

所提供的思路是这次课设完成的很重要的一部分。

9.参考文献

[1]伍时和.数字电子技术基础.清华大学出版社.2009,1

[2]周新明.工程实践与训练教程.武汉理工大学出版社.2009,8

[3]数字电路与数字电子技术.西北工业大学出版社.2004

本科生课程设计成绩测定表

姓名

周猛

性别

男

专业、班级

电信1105班

课程设计题目：

上课铃声自动打铃电路

课程设计答辩或质疑记录：

1.问题：

答案

2.问题：

答案：

3.问题：

答案：

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日