會議發言限時器的設計方案(一)

時間：2024-10-24 14:54:52 電子信息工程畢業論文我要投稿

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會議發言限時器的設計方案(一)

緒論
提高會議效率，過去是說得多行動少，如今動真格的了。為保證計時準確、叫停規范，可通過會議發言限時器來自動提醒，超時叫停。通過限時發言，與會者講話不再穿靴戴帽。現在會議既緊湊又精煉，發言者直入主題，不再講那些令人生厭的空話、套話，泡會的時間減少了，搞服務辦實事的時間相對就多了。
一會議發言限時器的設計方案及框圖
1會議發言限時器的設計方案
本限時器打開啟動開關后，時鐘便開始計時，當時鐘走到12分鐘或17分鐘時，就會發出短促的“嘟”提醒聲，頻率約1000Hz；當時鐘走到15分鐘或20分鐘時，發出約4秒鐘“嘟”終止聲，頻率約800Hz。
2會議發言限時器的設計框圖

會議發言限時器的設計方案(一)

圖1.會議發言限時器的框圖
二．會議發言限時器的各部分電路分析
1.時間顯示電路
計數器的芯片選擇為LM8361。顯示器的芯片選擇為兩個七段譯碼器。
計數器LM8361的分鐘個位及十位的管腳非別與兩個七段譯碼器連接，組成時間顯示器。
電阻R3的作用是限制顯示電流。
開關K2的作用：閉合為停止計時兼計數器清零；開啟為開始計時。
電源VCC的大小為15V。圖2.時間顯示電路圖3.時間控制電路
2.時間控制電路
電路的連接依據：以17分鐘報警為例。

表1.七段顯示器的對應表
a b c d e f g
0 1 1 1 1 1 1 0
1 0 1 1 0 0 0 0
2 1 1 0 1 1 0 1
3 1 1 1 1 0 0 1
4 0 1 1 0 0 0 1
5 1 0 1 1 0 1 1
6 0 0 1 1 1 1 1
7 1 1 1 0 0 0 0
8 1 1 1 1 1 1 1
9 1 1 1 0 0 1 1

當七段顯示器顯示“17”時，圖中d1、f1、a2、d2、f2輸出低電平，a1經過非門電路也輸出低電平。F1、D9~D12、D14為或門電路，輸出還是低電平，使得單穩態1有一個2秒的暫態，從而使得報警電路發出警告。

圖5.或門電路
3.單穩態電路

圖6.單穩態2的電路
圖7.單穩態電路2暫態波形圖

反相器4069在常溫下，電壓為15V時，輸入電壓在2.5V至12.5V之間
當時間顯示為20分鐘時，F3的輸出端由低電平反轉為高電平，此時，電容C3充電，當C5上的電壓上上升到約12V（高電平）時，開始放電。利用公式求出時間常數的值，設R5為1M。
—4/R5C3=lnUc/Us ⑴
代入數值為：—4/1*106C3=ln12/15
最后得出C3=2μ
同理可證：C4=1μ

圖8.單穩態電路1和2

圖9.555電路部分內部原理圖
當時間顯示為20分時，單穩態1有一個4秒的暫態，使得F4右端輸出高電壓，C5充電，當Uc由1/3Vcc上升到2/3Vcc時，7腳導通，電容C5放電，隨著電容的放電，Uc由2/3Vcc下降到1/3Vcc，此過程為C5的一個完整的充放電過程。
電容C5完成一次充放電的時間由警告頻率決定，已知頻率為800HZ，設C5=0.01μ
根據C5充放電波形：

圖10.C5充放電波形圖

由上圖可得振蕩器的振蕩周期T為：
T=tw1+tw2                                                      ⑵
tw1為電容C5上的電壓由1/3Vcc充到2/3Vcc所需的時間，充電回路的時間常數為（R9+R10）C5。tw1可用下式估算：
       tw1=ln2（R9+R10）C5≈0.7（R9+R10）C5                        ⑶
tw2為電容C5的電壓由2/3Vcc下降到1/3Vcc所需的時間，放電回路的時間常數為R10C5。tw2可用下式估算：
       tw2=ln2R10C5≈0.7R10C5                                      ⑷
設C5=0.01μ，且知T=1/800s
由式⑴和式⑵可得到：5*106=28R9+56R10
最后得出R9≈40K，R10≈60K。
圖11.警報電路
555電路3腳為輸出端，C6為耦合電容。
三.會議發言限時器的各元器件的功能及作用
1.芯片LM8361的功能及作用
⑴.LM8361的引腳排      LM8361各引腳作用：
                            1.am輸出        2.小時的十位b,c 3.小時的個位f
4.小時的個位g   5.小時的個位a    6.小時的個位b
7.小時的個位d   8.小時的個位c    9.小時的個位e
10.分鐘的十位f 11.分鐘的十位g 12.分鐘的十位a,d
13.分鐘的十位b 14.分鐘的十位e 15.分鐘的十位c
16.分鐘的個位f 17.分鐘的個位g 18.分鐘的個位a
19.分鐘的個位b 20.分鐘的個位e 21.分鐘的個位d
22.分鐘的個位c 23.一般輸出     24.鬧表定時輸入
25.報警輸出     26.停止報警輸入 27.睡眠輸出
28.Vss   29.VDD 30.睡眠顯示輸入 31.報警顯示輸入
32.秒顯示輸入   33.慢調 34.快調 35.50/60Hz輸出
36.50/60Hz選擇 37.NC      38.12/24小時選擇
39.1Hz輸出     40.pm輸出
     圖12.LM8361引腳圖
2.七段顯示管
七段顯示管分共陰極和共陽極兩種形式，它們的外形結構和二極管連接方式分別如圖 12、圖13所示。從圖中可以看出，對于共陽極的顯示器，當輸入低電平時發光二極管發光；對于共陰極的顯示器，當輸入高電平時發光二極管發光。與之相應的譯碼器的輸出也分低電平有效和高電平有效兩種。

圖13.七段譯碼管封裝圖           圖14.（a）共陽式連接方式（b）共陰式連接方式
3.芯片CC4069的功能和作用
CC4069由六個COS/MOS反相器電路組成。此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驅動和邏輯電平轉換的電路中。
CC4069提供了14引腳多層陶瓷雙列直插（D），熔封陶瓷雙列直插（J），塑料雙列直插（P）和陶瓷片狀載體（C）4種封裝形式。
⑴.CC4069的邏輯符號

圖15.邏輯符號
⑵.CC4069的引出端排列及功能符號

                                         引出端功能符號：

1A～6A   數據輸入端

                                        VDD        正電源

VSS 地

                                        1Y～6Y   數據輸出端
             圖16.引出端排列
⑶.CC4069的工作條件
①.推薦工作條件                          ②.極限值
電源電壓范圍………………3V～15V         電源電壓………………-0.5V～18V
輸入電壓范圍………………0V～VDD             輸入電壓………………-0.5V～VDD+0.5V
工作溫度范圍                             輸入電流………………±10mA
        M類………………-55℃～125℃     貯存溫度………………-65℃～150℃
        E類………………-40℃～85℃
4.芯片NE555定時器的功能及作用
555定時器簡稱555電路，是一種電路簡單，使用方便靈活，用途廣泛的多功能電路。分為TTL型555電路和COMS型555電路兩大類。
⑴.555定時器的兩個顯著特點
①電源電壓的范圍寬，TTL型電源電壓范圍為5—15V；COMS型電源電壓范圍為3—18V。并且TTL型與COMS型的邏輯電平可以兼容。
具有一定的輸出功率，可以直接驅動微型電機、指示燈、繼電器和揚聲器等負載。
⑵.555定時器的電路結構及功能
①555定時器的電路結構
555電路大多采用雙列直插式塑封和金屬圓殼式封裝。

                                             引出端功能符號：
                                           1腳GND為地端
                                           2腳TR為觸發端
                                           3腳OUT為輸出端
                                           4腳RD為復位端
                                           5腳K為控制端
                                           6腳TH為閾值端
                                           7腳D為放電端
                                           8腳VCC為電源正端
          圖17. 555電路封裝外型
555電路的工作原理
由555電路的等效邏輯電路（圖18）可知，它由三個5KΩ電阻組成的分壓器、A1和A2兩個比較器、H1和H2組成的基本觸發器、VT放電晶體管、H3組成的輸出緩沖級等組成。

圖18. 555電路的邏輯電路
分壓器：
555電路中由三個5KΩ電阻組成的分壓器，對電源Vcc實現分壓，由于比較器輸入電阻接近無窮大，所以比較器的輸入端基本不取電流。當5腳控制電壓K端懸空時，分壓器為比較器C 1的同相輸入端提供參考電壓VR1=2/3Vcc；同時也為比較器C2的反相輸入端提供參考電壓VR2=1/3Vcc。若將5腳K端外接固定電壓Vcc，將使VR1=Vcc，VR2=1/2Vcc。改變Vcc就能改變C1和C2比較器的參考電壓。

比較器：
第6腳閾值輸入TH和2腳觸發輸入TR端的外加輸入信號和兩個參考電壓比較，以決定比較器的輸出。當6腳的輸入電壓大于2/3Vcc時，比較器C1輸出低電平；當2腳加入的觸發信號小于1/3Vcc時，比較器C2輸出低電平。反之，兩個比較器輸出高電平。

基本觸發器：
基本觸發器由與非門G1和G2組成，其狀態受比較器C1和C2的輸出控制。若C1輸出低電平，將觸發器置0；若C2輸出低電平，則將觸發器置1；若比較器C1和C2同時輸出高電平，觸發器將保持原狀態。觸發器4腳RD為復位端，可以從外部加入負脈沖控制，使觸發器置0，平時RD保持高電平。

放電晶體管V：
放電晶體管V的狀態受基本觸發器Q控制，當Q=0時，V截止；當Q=1時，V導通。

輸出緩沖級G3：
輸出緩沖級G3接在基本觸發器Q輸出端，它的輸出就是555電路的輸出。輸出緩沖級的作用是隔離外接負載對555集成電路的影響，提高555電路的帶負載能力，且能提供與TTL電路一致的電平。
綜上所述，555電路的邏輯功能歸納如表2所示。
表2. 555電路的邏輯功能
RD TH TR OUT VT
0 X X 0 導通
1 ＞⅔VCC ＞⅓VCC 0 導通
1 ＜⅔VCC ＞⅓VCC 不變不變
1 X ＜⅓VCC 1 截止
表中的四種邏輯功能說明如下：
①直接復位功能：當RD=0時，無論其它輸入狀態如何，輸出Q=0、Q=1。放電管VT導通。若RD不用時，應使RD=1。這時可執行復位、置位和維持功能。
②復位功能：當TH＞⅔VCC，TR＞⅓VCC時，Q=0、Q=1，放電管VT導通。
③置位功能：當TH＜⅓VCC時，Q=0、Q=1放電管VT截止。
④維持功能：當TH＜⅔VCC，TR＞⅓VCC時，輸出狀態不變。
四.會議發言限時器的原理圖及設計原理
1.會議發言限時器的電路原理
會議發言限時器由LED數字中電路和報時音響電路兩部分組成。前者由LM8361和兩個七段譯碼器組成，R3為分壓電阻，使加到顯示屏上驅動電壓到電源電壓½V上下浮動，與報時音響電路相匹配。D6～D16和F1～F6、NE555及Y等組成報時音響電路。D9～D12、D14、D16和K3A、F4～F6及NE555等用于12分鐘或17分鐘報時提醒，當打開啟動開關K2后，時鐘開始計時，D9～D12、F1和F6構成“或門”電路，F5的輸入端為高電位，輸出低電位，C4通過F5、R7徹底放電。F6的輸入端為低電位，輸出高電平，D16截至，F4輸入端為高電位，輸出低電平，NE555不工作，Y無音響發出。當時鐘走到12分鐘或17分鐘時，F5的輸入端變為低電位，輸出高電位，同時對C4充電，在充電的2秒鐘內R7上端為高電位，F6輸出低電平，F4輸出高電平，NE555工作，Y發出1000Hz“嘟”的提醒聲。2秒鐘后F6輸出高電平，Y4輸出低電平，提醒聲消失。K3是時間選擇開關，圖中所示位置為12分鐘提醒，15分鐘終止，置向另一端為15分鐘提醒，20分鐘終止。D6～D8、D13、D15和K3B、F2、F3及NE555等用于15分鐘或20分鐘終止報時，工作原理同上，不同之處是報時聲為4秒，報時頻率約800Hz，以利于區分。不需計時，只需將K2閉合即可。
2.會議發言限時器的電路原理圖

五.會議發言限時器的印刷電路板的制作
印刷電路板（Printed Circuit Board，簡稱PCB），它是以一定尺寸的絕緣板為基礎，以銅箔為導線，經過特定工藝加工，用一層或若干層導電圖形（銅箔的連接關系）以及設計好的孔（如元件孔、機械安裝孔、金屬化過孔等）來實現元件間的電氣連接關系，它就像在紙上印刷上去似的，故得名印刷電路板或稱印刷線路板。在電子設備中，印刷電路板可以對各種元件提供必要的機械支持，提供電路的電氣連接并用標記符號把板上所安裝的各個元件標注出來，以便于插件、檢查及調試。
印刷電路板可分為：單面板、雙面板和多層板3類。本次設計用的就是雙面印刷電路板。
1.PCL設計流程
⑴.繪制電路原理圖
確保繪制的電路原理圖無錯誤后，即可生成網絡表，用于PCB設計時的自動布局和自動布線。對于比較簡單的電路，也可不繪制原理圖，而直接進入PCB設計。
⑵.規劃電路板
規劃電路板主要確定電路板的物理邊界、電器邊界、電路板的層數、各中元件的封裝形式和布局要求等任務。
⑶.設置參數
設置參數是設置軟件中電路板的工作層的參數、PCB編輯器的工作參數、自動布局和布線參數等。
⑷.裝入網絡表及元件的封裝形式
網絡表是PCB自動布線的核心，也是電路原理圖設計與印刷電路板設計系統的接口。只有正確裝入網絡表，才能對電路板進行自動布局和自動布線的操作。
⑸.元件的布局
元件的布局包括自動布局和手工調整兩個過程。在規劃好電路板和裝入網絡表之后，系統能自動裝入元件，并自動將它們放置在電路板上。自動布局是系統根據某種算法在電氣邊界內自動擺放元件的位置。如果自動布局不盡人意，則再進行手工調整。另外，Protel99 SE也支持用戶的手工布局。
⑹.自動布線
系統根據網絡表中的連接關系和設置的布線規則進行自動布線。只要元件的布局合理，布線參數設置得當，Protel99 SE的自動布線的布通率幾乎是100%。
⑺.調整
自動布線成功后，用戶可對不太合理的地方進行調整。如調整導線的走向、導線的粗細、標注字符和添加輸入/輸出焊盤、螺絲孔等。
⑻.文件的保存及輸出
將繪制好的PCB圖保存在磁盤上，然后利用打印機或繪圖儀輸出。也可利用E-mail將文件直接傳給生產廠家進行加工生產。
2.會議發言限時器的PCB版圖

圖20. PCB圖
六.結束語
因為我們組的設計電路有些復雜，芯片買到的時間過晚，所以沒能制作成實際的電路，非常遺憾。我們設計的會議發言限時器比較簡單，僅適用于中小型會議。
而對于發展迅速的當今社會，鋪天蓋地會議、討論、演講等充斥著我們的工作和生活。要開一個富有成效的會議，就要有一個好的會風，盡量開短會、開小會、開精會，長話短說，有針對性、不跑題、不重復。而會議發言限時正是提高效率和減少廢話的一個行之有效的方法。
如果實際生產、應用，我覺得應該更加完善一些地方，如警報聲音可根據不能形式的會議，設置成不同鈴聲。為了美觀，可以也時鐘相結合。還可加入暫停計時功能，支持多種語言，這樣就更加人性化了。
通過畢業設計，使我們進一步鞏固和深化理論知識，提高分析問題及解決問題的能力，提高對電子類產品的設計、生產、測試工作，提高動手能力，為畢業后從事本專業的工作打下比較扎實的實踐基礎。
七.謝辭
在論文的寫作過程中，王老師和楊老師給了我很多的指導，不僅對論文的不足之處作了修改，提出了寶貴的意見，也對論文的設計提了許多好的建議，讓我的論文內容寫得更加全面、范圍更加廣泛。在他們的不止一次的耐心的指導下，這篇論文得以順利完成。搜集資料的過程中，圖書館的老師也為我們提供了很大的便利，使得我資料豐富，思路順暢，而且本組的同學們都很團結，大家集思廣益，互相支持、幫助，也是我能夠成功寫好論文的一部分，所以我在此表示衷心的感謝，謝謝老師們的細心負責、指導幫助，也謝謝同學們的支持！在論文的寫作過程中，王老師和楊老師給予了很大的支持和幫助，為論文的寫作提出了許多寶貴性的意見和建議；在他的指導下，這篇論文得以順利完成。在資料的搜集過程中，圖書館工作人員為我們提供了很大幫助，本組同學也給予了很多支持，在此表示衷心感謝。
八.參考文獻
[1] 楊志忠《數字電子技術》[J].高等教育出版社
[2] 高吉祥《電子技術基礎實驗與課程設計》[J].電子工業出版社
[3] 徐開友《低頻電子線路》[J].天津大學出版社

附錄
元器件明細表：
序號品名型號個數
1 七段顯示管  2塊
2 定時器 NE555 1塊
3 計時器 LM8361 1塊
4 二極管 IN4001 2個
5 電阻 51K 1個
6 電阻 47 1個
7 電阻 10K 3個
8 電阻 1M 2個
9 電阻 40K 1個
10 電阻 6K 1個
11 電阻 30K 1個
12 二極管 IN4148 14個
13 電容 300μ/25V 1個
14 電容 0.01μ 1個
15 電容 2μ/25V 1個
16 電容 0.02 1個
17 電容 1μ/25V 1個
18 電容 47μ/25V 1個
19 開關雙雙刀雙擲 1個
20 開關  2個
21 非門電路 4069 1個
22 蜂鳴器 8Ω揚聲器 1個
23 變壓器雙12V/5W 1個
總計                                          42個

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