1、限时发言时间提示器电子技术课程设计报告题 目 限时发言时间提示器 学院（部） 电控学院 专 业 建筑设施智能技术 班 级 320602 学生姓名 学 号 月 日至 月 日 共 2 周 指导教师（签字） 限时发言时间提示器目录题目5摘要5关键字5第一章 系统概述 6总框图设计6单元模块设计6总电路图设计6第二章 单元方案论证与选择 71 电源方案选择72 预置时间方案选择73 时钟脉冲产生方案选择74 倒计时计数显示方案选择75 门电路比较控制电路方案选择86 提示信号发生电路方案选择8第 3 章 单元电路的设计 9限时发言时间提示器1 电源电路的设计92 预置时间电路的设计103 时钟脉冲产生
2、电路的设计104 倒计时计数显示电路的设计105 门电路比较控制电路的设计116 提示信号发生电路的设计11第四章 系统综述、总体电路图 12第五章 结束语131 本设计特点、存在的问题及改进意见142 心得和体会15鸣谢16元器件清单17参考文献18评语19限时发言时间提示器限时发言时间提示器摘要本设计电路分为时钟脉冲电路、预置时间电路、倒计时显示电路、门电路比较控制电路、提示信号发生电路五部分：1、预置时间用三个 74LS160 十进制计数器和适当的门电路控制的，设有 10min 输入（脉冲）按钮和 1min 输入（脉冲）按钮。即每按一次相应的脉冲开关，就给相应的计数器提供一个脉冲使计数器
3、累加 1。同时用适当的门电路控制 10min 位计数器为03 循环，且使得当 10min 位为 3 时 1min 位的计数器清零，即 1min 位输入脉冲按钮无效；当 10min 位为 0 时选中 1min 位另一计数器，并使其计数状态为 39 循环。2、利用 555 构成多谐振荡电路产生所需的 2Hz 脉冲，再经过 JK 触发器分频得到1Hz 的脉冲作为计数器的时钟脉冲3、用 74LS192 双时钟可逆十进制计数器实现倒计时，用 4 片译码芯片 7447 驱动数码管显示时间，显示到秒。通过两个 JK 触发器实现控制计数器加减计数功能的转换（倒数为 0 后变为加计数器） ，用加进位端、减借位端
4、和加、减计数脉冲端进行级联，其中 10s 位到 1min 位为 6 进制。4、比较电路主要是用逻辑门来使倒计时时间与要求提示时刻比较。控制电路则由JK 触发器、开关等器件来根据输出电平高低来控制提示电路。5、提示信号发生电路主要由发光二极管、两片 555 芯片构成。其中一片 555 构成延时电路；另一片构成多谐振荡蜂鸣电路，用 JK 触发器使其 5 管脚在不同提示时接不同电平，从而发出不同频率的蜂鸣信号关键字：编码器，数码显示管，门电路，555 定时器，译码器设计要求：330 分钟可调定时间倒计数显示定时间小于 10 分钟，倒数到 1 分钟时给出提示信号，设定时间大于 10 分钟，倒数到 5
5、分钟给提示信号，超时给出警告提示信号（红灯） ，超时大于1 分钟时，给出蜂鸣器声音提示有设定输入及复位开关，可用绿灯，黄灯，红灯表示工作状态任务分配：预置时间电路，倒计时显示电路限时发言时间提示器第一章 系统概述1、总框图设计构思整个系统由哪些功能模块组成，以及各个功能模块之间的互相控制关系，将各功能模块联系起来画出总体功能模块图。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，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
6、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。预置时间模块门电路比较与控制模块译码器显示模块提示信号发生模块脉冲发生模块倒计时模块电路工作原理与框图限时发言时间提示器电路总体工作流程： 开电源复位清零设置时间 T按输入确认键，确认输入按开始键则进入倒计时，此时计数工作灯绿灯亮剩余时间提示（T10min 时,倒数至 5 分钟提示；T倒数至 0 时发出长 4s 的提示音，同时亮黄灯若发言未完则进入超时计数，直
7、到超时 1min 时给出长 4s 的较急促的提示音，同时亮红灯警告，且计时停止，数码管显示 1 分钟不变直到主持人复位清零若发言在超时 1min 之前完成（包括准时完成和提前完成）则由主持人按复位键清零停止计数第二章 单元方案论证与选择1、电源方案选择方案一：用 5V 的蓄电池做电路的工作电源。电路接线简单，使用方便，可移动性能强，整体电路均为 5V 的电源不必变压可以直接使用。但是，总体电路的芯片较多，每个芯片均需要电源提供 5V 的电压，总体耗电量可能较大，当蓄电池电量不足时可能影响芯片的正常工作，使电路出现混乱。而且市场上 5V 蓄电池也不容易买到。常用方法为一个 6V 的蓄电池（3 片
8、 2V 的蓄电池）串联一个二极管降到 5.3V 左右，但是蓄电池的电压很不稳定，在充满电的时候，电压可以达到 2.4V3=7.2V，在一般的时候也是 2.25V36.75V，完全放电以后的电压为 1.75V35.25V。电压变化范围较大，有的芯片对电压要求比较严格，所以此方案不可行。方案二：使用 LM7805 构成 5V 稳压电源。通过变压器将市电 220V，50Hz 交流电转化为 12V，50Hz 交流电，在通过全桥二极管进行整流，通过 LM7805 进行稳压得到 5V 直流电压。此方案比较容易实现，LM7800 系列产品可以在任何一个电子元件商店一定都能买到，价格便宜（批发价都不超过一元，
9、零售价一般不超过 2-3 元） ，成本较低，性能稳定，输出电流最大可达 1A，可以满足设计要求。而且本设计产品应用于比赛现场，220V 市电比较容易得到，并且本设计产品不需要频繁的进行位置移动。故此方案可行性比较高，所以选用此方案。2、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
10、能，不能充分利用它的强大功能。方案二：限时发言时间提示器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 3-30min 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。其中 10min 位计数器计数状态为 0-3，且当其为 3 时控制 1min 位的计数器清零，即输入最大为 30。而 1min位由两片计数器控制，当 10min 位不为 0 时，通过门电路控制 74LS160 使能端，选
11、中另一片计数状态为 0-9 的 74LS160；当 10min 位为 0 时，选中其中一片计数状态为 3-9 的74LS160，从而实现最小输入为 3min 的设计要求。电路原理简单、实用，成本较低，易于实现和控制。3、时钟脉冲产生方案选择时钟脉冲，通常可用两种方案：、 晶体振荡分频电路。采用石英晶体振荡器，起振快，时基精度高。振荡工作频率仅决定于石英晶体的谐振频率，而与电路中的 R、C 数值无关。振荡器经内部分频电路后可分为多档输出，可以使脉冲精度从毫秒到小时。起振、停振、清零都可以从电路上端口直接控制，方便。但本系统中所用的脉冲只需Hz 的低频脉冲，不需太高的精确度，而石英晶体振荡频率较高
12、，用在本系统需多次分频，电路会比较复杂。、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。4、倒计时计数显示方案选择由于设计中要求实现倒数计时和超时 1min 译码显示，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 74
13、LS192 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，基于此要求本系统中采用两片 JK 触发器分别控制 74LS192 的加计数脉冲输入 CPD 和减计数脉冲输入 CPu,使用 JK 触发同时也可保证 CP 脉冲的稳定性。本系统中的有关显示电路均采用常用的数码管译码驱动芯片 7447 进行译码显示5、门电路比较控制电路方案选择电路中所用的门电路器件均为 TTL 74LS 系列.。TTL 电路不使用的输入端悬空为高电
14、平，而 CMOS 电路不使用的输入端不能悬空，会造成逻辑混乱。控制电路中用到了 JK 触发器、按钮式开关等器件组成。6、提示信号发生电路方案选择提示信号主要是由两片 555 芯片、JK 触发器以及适当门电路组成。其中一片 555接成单稳态触发电路，控制延长提示信号的时间；另一片则构成多谐振荡电路产生一定频率的蜂鸣信号。考虑到充分利用已用 555 芯片来产生不同提示信号，本系统用一个JK 触发器控制构成多谐振荡 555 芯片的 5 号管脚的高低电平输入，使多谐振荡电路的比较电压不同，以产生不同频率的蜂鸣信号。JK 触发器的脉冲信号由超时信号控制。限时发言时间提示器第三章 单元电路的设计1、电源电
15、路的设计电源电路原理如图所示，220V、50Hz 市电经过变压器变为 12V、50Hz 交流电，在经过全桥整流二极管进行整流，经过整流后在通过 LM78065 进行稳压得到 5V稳压电源。图中开关控制整体电路的工作，用一个发光二级管（绿色）串联一个小电阻 10 作为电源工作的指示灯，当开关闭合时发光二极管亮。T1NLT_PQ_4_12V1220 Vrms 50 Hz 0 D11B4B421243U1LM7805CTLINE VREGCOMMONVOLTAGE123J1Key = A C1470uF C210uFR110X1LED548U2DC 10MOhm5.000 V+-7065V 电源原理
16、图图中电路万用表测得的输出端电压为 5.000V，如图所示。此方案电路可以为本系统中所有的芯片提供准确的电源电压，保证系统的稳定运行。2、预置时间电路的设计电路如图示预置时间电路工作原理：先由主持人复位清零，然后设置发言时间 T，设置时间键有 10min 位 J1 和 1min 位J2，通常先设置 10min 位，每按一次 J1 即提供一个计数脉冲给计数器，使其累加 1，当累加到 3 时，再按一次 J1 键该计数器 74160（U26）置数端 MR 输入低电平，计数器被置数为 0，即 10min 位最高可设置为 3，且当 10min 位为 3 时，与非门输出低电平，二输入与门 7408(U70
17、)输出低电平，74160（U27）被清零，且二输入与门 7408(U42)输出低电平,即 1min 位输入脉冲无效。由此可达到设置时间不高于 30min 的要求。当 10min 位不为零且不为 3 时，与非门 U39 输出高电平到与门 U70 和与门 U42 的输入端,四输入或非门 U38 输出低电平,经过一个非门 U51 到与门 U70 的输入端，经过两个非门到与门 U42 输入端，此时与门 U70 输出高电平，使 74160（U27）正常工作，在输入脉冲作用下 1min 位在 0-9 之间循环，与门 U42 输出低电平使得 74160（U28）的清零端保持低电平不能工作，输入脉冲无效，此时
18、 1min 位由 74160（U27）控制。当 10min 位为 0 时，四输入或非门 U38 输出高电平，再经过一个非门 U51，使得与门 U70 的输出为低电平，即 74160（U27）清零端输入低电平，使其处于输出为 0 状态。四输入或非门 U38 经过两个非门 U51 和 U41 使得与门 U42 输出为高电平，此时U2DC 10MOhm5.000 V+-限时发言时间提示器1min 位由计数器 74160（U28）控制，且其置数端 load 输入低电平，这时第一次 J2 时，74160（U28）被置为 3，置数端 load 则变为高电平，此时 74160（U28）处于计数状态。当其由
19、9 到 0 转换时，进位端 TC 输出高电平经过或非门使 load 又为低电平，74160（U28）被置为 3。由此达到了设置时间最低大于 3min 的要求。74160（U27）和（U28）输出两两经或门后（始终有一个计数器输出全为 0，与另一个计数器的输出相或后不影响另一计数器的输出）输出到 74192 计数器的置数端，直到输入确认键的按下即可完成置数。限时发言时间提示器U22ABCDEFGCAU23ABCDEFGCAU247447NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4U257447NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15
20、OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4U2674LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6 ENP7ENT10 LOAD9CLR1 CLK2U2774LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6 ENP7ENT10 LOAD9CLR1 CLK2U2874LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6 ENP7ENT10 LOAD9CLR1 CLK2U32A74LS32D U33A74LS32D U34A74LS32D U35A74LS32DVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VU37A7425NU38A7425NU39NC7S00_5VJ2Key = A U41A74LS04DU42A7408NU43A7402N U51A74ALS05AMR15 R25U70A7408NJ1Key = A 预置时间电路 3、时钟脉冲产生电路的设计 工作原理：
