会议发言限时器(可编辑修改word版)

《电子技术》课程设计报告

题目会议发言限时器

学院电子科学与应用物理学院

专业微电子学

班级微电子学10-2 班

学生姓名钱立亮（20105167）

冯志胜（20105168）赖勐（20105169）日期2012 年6 月

指导教师（签字）

分集成显示

秒集成显示 一、指标与要求

根据本设计的功能要求，该设计电路分为时基电路（时钟脉冲电路）、时间预置电路、控制电路、显示电路、计时器、声响提示电路六个部分。采用两个 74LS160 十进制计数器和适当的门电路完成时间预置控制，使其在 1 至 99 分钟可调。利用 555 构成多谐振荡电路产生所需的 1Hz 脉冲。用４片 74LS192 可预置 BCD 双时钟可逆计数器实现倒计时，用 4 片集成的 4 管脚 LED 灯实现显示功能。在整个电路工作时间中，我们通过控制主时间脉冲完成暂停与继续计时功能。最后，在时间到达 0000 时，通过多个 4072 完成锁零功能，同时，通过适当的门电路及 555 定时器构成单稳态触发器，使电路在显示到达 0000 时，声响响起，并在 5 秒后自动停止。

关键字：课程设计，控制电路，声响提示，计时

二、设计步骤与思路

１、电路框图

控制电路

时间预置

时基电路

声响提示电路

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，首先考虑每个模块都有几种实现方式，经过综合（比如从性能、掌握熟练程度、价格等各个方面）比较论证最终确定适合方案。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。

二、单元方案选择

１、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能，不能充分利用它的强大功能。

方案二：

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1~90 分钟范围内可调。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。电路原理简单、实用，成本较低，易于实现和控制。

２、时钟脉冲产生方案选择 时钟脉冲

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。

３、倒计时计数显示

由于设计中要求实现倒数计时，故须选择可逆计数器， 74LS192 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，故选用 74LS192 电路较为简单方便。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。显示可以采用集成的 DCD_HEX_DIG_RED （Multisim10.1）LED 灯。

４、提示信号发生电路

提示信号主要是由两片 555 芯片以及适当门电路组成。其中一片 555 构成单稳态触发电路，控制延时提示信号的时间。考虑到充分利用已用 555 芯片来产生不同提示信号。 鉴于该电路较为复杂，难以模拟，故而将电路中的声响提示电路，改为红灯提示。

三、使用的芯片功能及功能表

1、门电路 74LS00、74LS0

2、4072

U cc 4Y

4B 4A

3Y 3B 3A

V DD 2Y

2D 2C

2B 2A NC

1Y 1A 1B 2Y 2A 2B GND

1Y 1A 1B 1C 1D NC V SS

74LS00 双输入四与非门 74LS02 双输入四或非门 CD4072 双四输入端或门

14 13 12 11 10 9

8

≥1

≥1

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

≥1

≥1

≥1

≥1

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

& & &

&

1

2

3

4

5

6

7

2、时间预置控制芯片 74LS160

3、计时控制芯片 74LS192

Vcc A CLR

BO CO LOAD C D

B Q B Q A DOWN UP Q C

（a ）管脚图

Q D GND

（b ）功能表

74LS192/193 的管脚图和功能表

清单：

元件 参数 个数(片)

74LS192 / 4 74LS160 / 2 7400 / 2 4072

/

2 555 / 2 R 电阻 12K 欧

1 R 电阻 30K 欧 1 R 电阻 45K 欧 1 C 电容 0.01uF

2 C 电容 20uF 1 C 电容

100uF

1

74LS192/193

8

7 6 5 4 3 2 1 9

10 11 12 13 14 15 16 CLR LOAD UP DOWN 工作状态 1

清零 0 1

1

减计数 0

1

1

加计数 0

预置数

四、各模块工作原理

（单元电路设计计算）

1、预置时间电路工作原理：

先由主持人复位清零按下键【B】，然后设置发言时间t，设置时间键有10min 位设置按键【C】和1min 位设置按键【D】。通常先设置74LS160（10min）位，每按一次设置键【C】即提供一个计数脉冲给计数器，使其累加1。1min 位由计数器74160（1min）控制。由此达到了设置时间1~99 分钟的要求。如图1

图 1

2、倒计时电路控制原理

芯片的选择：

由于设计中要求实现倒数计时，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 74LS192 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

由这些要求可知需要十进制可逆计数器，因此可选中规模集成计数器 74LS192，它是一种可预置的同位同步二进制可逆十进制计数器，上升沿触发，由于 74192 没有保持脚，故需要外围电路实现保持功能。

74LS192 电路的设计思路：

①.实现四片 74LS192 清零功能：

清零，由于该电路要求在开始过程会有一次清零，同时要给电路一次预置时间的动作，所以我们可以通过设置将清零与时间预置通过一次性动作实现。

将两个 min 分位的两个的 CLR 直接接高电平，将LOAD 接高低电平切换按键【B（】如图3），这样，我们即可以实现 min（分）位的时间清零工作。而 sec（秒）位，我们可以将 LOAD 接高电平，将CLR 通过一与非门，自与非一次，接至高低电平切换键【B】。

Vcc A CLR BO CO LOAD C D

B Q B Q A DOWN UP Q C

（a）管脚图

Q D GND

（b

）功能表

图 2 74LS192/193 的管脚图和功能表

图 3 高低电平切换键

②.级联及减计数

通过清零与置数之后，观察功能表，我们得知，在减计数的要求下，我们必须保证 UP 管脚接高电平。既然是计时，所以我们可以通过后一位的借位BO 与前一位的DOWN 连接完成借位，

74LS192/193

8

7

6

5

4

3

2

1

9

10

11

12

13

14

15

16 CLR LOAD UP

DOWN 工作状态

1 清零

0 1 1 减计数

0 1 1 加计数

0 0 预置数

最后一位 74LS192 上 DOWN 直接接脉冲。这样就可以完成倒计时的功能了。见图 4

图 4

秒位 59 的置数方法：

由于 74LS192 是十进制计数器，所以无法自动完成 1min=60sec 的转换，我们可以通过一次强制置数完成该功能，主要方法是，在 10sec 向上一位 1min 借位的时候，BO 会产生一个从 1 到 0 的变化，将该信号接过来，放在 LOAD 上，同时使 10sec 的 ABCD 接 1010,1sec 接 1001. 这样就完成了 99 到59 的自动转换。如图 5

图 5

3、显示电路

这个部分较容易实现，因为这个部分，现在市场上有集成的 LED（DCD_HEX_DIG_RED）灯可以使用，故而没用译码器。见图 6

图 6

4.时钟脉冲的设计

555 定时器构造：

定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单稳态定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 7 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。同时它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3。

+V CC

R1

4 8

7

R 555

3

2 6

V o

2 1 5

0.01μF

图 7 555 定时器内部方框图

TH CO

8 7 6 5

555

1 2 3 4

GND OUT

D

(a)管脚图（b）功能表

图8 555 的管脚图和功能

555 构成多谐振荡电路：

由 555 构成的多谐振荡电路如图 9 所示。图（a）所示电路输出端得到的方波周期为：

T=(R1+2 R2)Cln2≈0.7(R1+2 R2)C

其占空比 q=(R1+R2)/ (R1+2 R2)是固定的。为得到占空比可调的方波，可采用图（b）所示电路，输出端得到的方波周期为：

其占空比为：

T=(RA+RB)Cln2≈0.7 (RA+RB)C

q =RA/ (RA+ RB)。

R A

R B

C

(a)占空比固定(b) 占空比可调

图9 由

555

构成的多谐振荡

+CC

R1

R2

4 8

7

D1

6

555 3 V o

R3

D2 2 1 5

C 0.01μF

R D TH TR OUT T

1

2

>V CO或 3 V CC>

1 V

CO 或

1 V

CC

2 3

0 导通

1

2

1 V

CO 或

1 V

CC

2 3 不变不变

1 <

1 V

CO 或

1 V

CC

2 3

1 截止

0 0 导通

在该实验中，我们使用的时钟脉冲图为图10：

图10

（注意：图中电阻是仿真为加快速度选择的数据，实际中的R3=12kΩ，R4=30kΩ）

5.报警提示电路

我们使用了一个红灯作为提示信号，为满足要求，我们必须使用 555 构成的单稳态触发器，555 构成单稳态触发器的方法如下：

由 555 构成的单稳态触发电路如图 11（a）所示。稳态时输出为低电平，当输入端有负脉冲触发时，电路进入暂稳态，输出为高电平。暂稳态的时间为：t p=RC ln3 1.1RC。电路的波形图见图（b）所示。这种电路产生的脉冲宽度可从几微秒到数分钟，精度可达 0.1%。

t p

V I

O t

V I

V O

O

t

(a) 电路图

(b) 波形图

图 11 由 555 构成的单稳态触发器

实际仿真过程中，我们的原理电路为，见图 12

图 12

+CC

R

4 8

7 6

2

555 3

V o

1

5

C

0.01

≥

6.锁零与产生上升沿

为了使电路在到达0000 时能够锁住，我们将74LS192 的16 条输出端通过4072 全或在一起，这样再和原来的时钟脉冲放在一起，这样就可以锁住在0000，并保持不动。

形如下图13

图13 锁0000

单稳态触发器在使用过程中，1 变成0 之后必须重新回到1，即高电平，但是在锁零的过程中，之前是1，然后变成个0 之后就无法回到高电平，我们用过查看相关资料得知，可以通过以下电路实现功能，如图14

图14

在设计电路的过程中，我们的电路图如下，见图15

图15

五、完整电路图(或见附图)

≥

六、设计中遇到的问题及解决方法

1.试验中，我们总是无法锁零，这个问题一直持续多周，最后选中使用4072 直接拴住74192 的输出端，最后我们成功了。我们也尝试过其他方案，例如：直接利用10min 位上的BO 借位信号锁住0000，不行；使用4 个BO，同样未达到效果。还有，通过锁住555 的复位端，这种方案本来时非常优良的方法，但是我们的实验中就是不允许，也未能成功。最后我们使用了较为复杂4072 进行攻关，并取得胜利。

2.第一次，我们利用Multisim11 来进行仿真，可是在运行过程中总会中断，我们非常无赖，经过严格检查，我们确定是软件错误，最后选择EWB，很幸运，我们获得应有结果。不过软件方面，EWB 相对来说，杂、乱，不规整，这也使得我们不得不再选择Multisim，这次我们选择Multisim10 来演示，效果非常好。

3.声响提示路中，我们无法使之再出现一个上升的高电平，只是我们一直无法在5 秒后自动停止，参看课外书籍，我们了解到，可以使用以下方案来实现转换。

4.在仿真过程中，我们无法体会到开关防抖问题，线路搭建过程中，这个问题严重影响我们的制作精度及结果。开关防抖方案为：

七、测试结果

仿真结果：

线路搭建结果：

八、心得体会

经过两个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

先谈一谈合作吧，在以后的人生中学会合作该是一门受用的艺术，课设开始前我对自己还是有那么一点担心的，虽然平时为人和善大气，可是我也有一个致命的缺点就是急性，直言不讳，开始的时候，我浏览了一下借回来的书，九本，可是可用信息量太少，我就那样直接的说借的书都用不上，由于是组友借回来的，我的强硬否定惹来了不快，再加上我做工作的时候就一心的工作，当然也就容忍不了别人

聊聊天，看看电影，这样的事情发生了，似乎心里很烦躁，所以大家都好像有一种情绪失控倾向，属我最甚。平静后好好的正视自己，合作就是要表达到位且要艺术，相互谅解包容，好在接下来大家可以平静的讨论，共同研究，我觉得这是我的突破，因为我想我以前很多时候讨论问题会争论，总是希望别人接受自己的观点，现在我还是尽量让别人接受我正确的观点，但我会慢慢讲理找证据，而不是通过声高。团结协作就是我们成功的重要保证。

其次谈谈学习上的收获，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次数电课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。总体来说,这次课设让我受益匪浅.在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐. 这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。3，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的分频器的设计，开始并不理解分频器的原理，但是和其他的专业同学讨论后，理解了分频器的基本原理后，很快理解了为什么要分频。收获颇丰，以后再接再厉。

(体会摘自长安大学田园同学)

九．参考文献

1曹汉房，数字电路与逻辑设计（第四版）. 武汉：华中科技大学出版社，2004

2林红主编，数字电路与逻辑设计（第二版）. 北京：清华大学出版社，2009

3常华、袁钢，仿真软件教程—Multisim 和MATLAB. 北京：清华大学，2006

4吴敏、张晨彧、戴雷主编，电工电子实验与仿真. 安徽：安徽人民出版社，2007

5华成英主编，模拟电子技术基本教程. 北京：清华大学出版社，2010

1、multisim9 计算机仿真聂典主编黄培根邱榕雷军副主编，电子工业出版社出版。

2、实用电子电路图集刘修文编中国电力出版社

1、林涛数字电子技术清华大学出版社2006

2、林涛数字系统原理与应用电子工业出版社2005

3、李哲英电子技术及其应用基础高等教育出版社2003

4、潘安EDA 实用教程科学出版社2002

5、林涛模拟电子技术基础重庆大学出版社2001

6、杨欣电子设计从零开始清华大学出版社2005

评语

评审人: