8分钟演讲报时器_电气101502

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。