电子技术课程设计-演讲限时定时器.doc

辽宁工程技术大学电子技术课程设计课程设计名称： 电子技术课程设计 题 目： 演讲限时定时器 学 期：2013-2014学年第2学期专 业： 智能电网信息工程 班 级： 12- 1 姓 名： 郑姝康 学 号： 1205080126 指导教师： 谢国民 9辽宁工程技术大学课 程 设 计 成 绩 评 定 表评定标准评定指标标准评定合格不合格单元电路及整体设计方案合理性正确性创新性仿真是否进行仿真技术指标或性能符合设计要求有完成结果设计报告格式正确内容充实语言流畅标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小 项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年 月 日课程设计任务书一、设计题目：演讲限时定时器二、设计任务及：采用555定时器设计演讲限时定时器，如果发言人演讲时间超时，定时器就会发出声响告知发言人到时。三、设计计划1）查找资料，设计方案；2）方案分析比较，电路原理设计；3）电路仿真，画电路原理图；4）编写整理设计报告；四、设计要求1）定时和控制选用555定时器；2）限定发言时间为5分钟；3 ) 设计方案要有比较环节，扬声器音调可调；4）用绘图软件绘制原理图。指导教师：谢国民日 期：2014 年6月27日摘要本次电子技术课程设计的主题是演讲限时定时器,要求实现功能发言时间限定为5分钟，并且扬声器音调可调。设定时间正计时显示，到5分钟给出声音提示。由于555定时器电路使用灵活方便，它可以构成单稳态触发器用来实现定时，也可以构成多谢振荡电路产生矩形脉冲。用555定时器构成的多种电路、扬声器、电阻、电容等可以实现课设所要求的电路。我在设计过程中参阅了很多书籍，先确定每一个单元电路的组成，以及如何实现题目要求。分模块各个击破，最后对整个电路进行级联仿真，最终完成了这次设计。关键词：定时器；脉冲；扬声器；电路。目录综述11 方案分析与设计21.1 电路设计框图 21.2定时电路设计.21.3 控制电路设计.22 单元电路设计42.1 555定时器的结构及工作原理 . 42.2 555定时器构成的单稳态触发器. 52.3 555定时器构成的多谐振荡器 63总电路图 8 4 课程设计体会.95 参考文献.10综述演讲限时定时器是能够实现限定发言者时间与提醒发言者时间已到的一种电子部件，它广泛应用于各种演讲与辩论赛的现场，方便提醒发言者在发言是对时间的注意和把握，可以更方便的控制发言时间，为了完成设计，我查阅了许多相关书籍并且浏览了很多网络资源。我对每个单元电路进行设计分析，对每部分要用到的电路认真研究，了解555定时器的工作原理，并学习了Multisim仿真软件。在整个过程中不断地改进，最终完成了各部分电路的设计。之后又反复检测电路图，最后对整个设计进行总结并整理相关资料，完成了演讲限时定时器的课程设计报告。1 方案分析与设计1.1 电路设计框图555定时器构成的多谐振荡器555定时器构成的单稳态触发器555定时器扬声器延时电路1.2 定时电路设计555定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。利用555定时器外界电容和电阻即可构成单稳态触发器，单稳态触发器有暂态，所以它可以和与门构成定时选通电路，如图1-1所示。图中，VI、VA 、VB 和VO分别是触发信号、单稳态输出信号、高频输入信号和门输出信号。单稳态触发器的输出电压VA 用作与门的输入定时控制信号，当VA为高电平时与门打开，VO=VB，当VA为低电平时与门关闭，VO 为低电平。显然与门打开的时间就是单稳态触发器输出脉冲的宽度。该电路实现了对输入信号VB定时选通的控制功能。&单稳态触发器 VAVI VOVB图1-1 单稳态触发器和与门构成的定时选通电路1.3 控制电路设计方案一：使用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1Hz的低频脉冲，不需太高的精确度，而石英晶体振荡频率较高，用在本系统需多次分频，电路会比较复杂。所以不用此方案。档案二：采用555定时器构成多谐振荡电路。采用555定时器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，就可以构成多谐振荡脉冲电路，使用灵活方便，震荡周期一般可根据其外部接的电阻、电容计算，公式。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。所以选用此方案。2 单元电路设计2.1 555定时器的结构及工作原理（1）电路的组成如图2-1所示。图2-1 555定时器的内部结构和图形符号（2）工作原理: 555定时器的功能主要有两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空是，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2Vcc/3,C2的反相输入端的电压为Vcc。若触发输入端TR的电压小于Vcc/3,则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2Vcc/3，同时TR端的电压大于Vcc/3,则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，是输出为0电平。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端Vss或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源Vcc，双极型时基电路Vcc的范围是4.516V，CMOS型时基电路Vcc的范围为318V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚: TH高触发端4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为0，该端不用时应接高电平。5脚:VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器基准电压，当该端不用时，应将该端串入个0.01uF电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用作定时器时电容的放电。2.2 555定时器构成的单稳态触发电路（1）单稳态电路的电路图如图2-2所示。图2-2 555定时器构成的单稳态触发器（2）电路原理阐述：稳定状态：当电路无触发信号时，VI保持高电平（VI 1VCC /3）。在接通电源后，电源通过电阻R对电容C充电。当电容上的电压VC 2VCC /3时,R=0，S=1，基本RS触发器置零，输出信号V0为低电平。同时，放电晶体管VT导 通，电容C迅速放电使VC为0。此时R=1，S=1，基本RS触发器保持状态不变，即输出端V0保持低电平。由上可知，电路通电后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态，V0=0。暂稳态：当VI下降沿到达时，555触发输入端由高电平跳变为低电平。此时R=1，S=0，基本RS触发器置1，输出信号V0由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。同时，VT截止，电源经电阻R向电容C充电，充电时间常数t1=RC。在电容电压VC上升到阈值电压2VCC /3之前，电路将保持暂稳态不变。恢复过程：随着对电容C的充电，电容的电压逐渐升高。当VC 2VCC /3时，R=0，S=1，则Q=0，输出信号V0由高电平跳变为低电平，电路由暂稳态恢复到稳定状态，单稳态触发器又可以接收新的触发信号。(3) 参数计算根据公式 （2-1）已知题目要求，若电容选100uF,则 （2-2）2.3 555定时器构成的多谐振荡器（1）多谐振荡器的电路图如图2-3所示。图2-3 555定时器构成的多谐振荡器（2）电路原理阐述：接通电源后，假定输出信号是高电平，则T截止。电源经R4、R5对电容C充电，Vc逐渐上升，这时电路处于第一暂稳态。当Vc上升到2Vcc/3时，比较器的输出R=0，S=1，触发器置0，Vo由高电平跳变为低电平。同时，T导通，电容C经电阻R5放电，Vc逐渐降低，这时电路处于第二暂稳态。在未到达1Vcc/3之前，电路将保持第二暂稳态不变。当Vc下降到1Vcc/3时，Vo由低电平跳变为高电平，同时T截止，电源经R4、R5再次对C充电，Vc上升，电路又返回到第一暂稳态。如此周而复始，在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波。（3）参数计算:经分析可得,输出高电平时间 （2-3）输出低电平时间 （2-4）振荡周期 （2-5）3总电路图4 课程设计体会这时大学中第一次做课程设计，刚看到题目可以说毫无头绪，慢慢才开始查阅资料和请教同学专心投入到这次课程设计中去。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的记忆 。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，可以说是困难重重，这毕竟第一次做课程设计，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，对以前所学的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，通过查阅了很多书籍和在网上查找资料最终都解决了。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后如果再作课程设计应该会更轻松，