会议发言限时器的设计方案(一)

时间：2021-03-20 15:12:30 电子信息工程毕业论文我要投稿

会议发言限时器的设计方案(一)

绪论
提高会议效率，过去是说得多行动少，如今动真格的了。为保证计时准确、叫停规范，可通过会议发言限时器来自动提醒，超时叫停。通过限时发言，与会者讲话不再穿靴戴帽。现在会议既紧凑又精炼，发言者直入主题，不再讲那些令人生厌的空话、套话，泡会的时间减少了，搞服务办实事的时间相对就多了。
一会议发言限时器的设计方案及框图
1会议发言限时器的设计方案
本限时器打开启动开关后，时钟便开始计时，当时钟走到12分钟或17分钟时，就会发出短促的“嘟”提醒声，频率约1000Hz；当时钟走到15分钟或20分钟时，发出约4秒钟“嘟”终止声，频率约800Hz。
2会议发言限时器的设计框图

会议发言限时器的设计方案(一)

图1.会议发言限时器的框图
二．会议发言限时器的各部分电路分析
1.时间显示电路
计数器的芯片选择为LM8361。显示器的芯片选择为两个七段译码器。
计数器LM8361的分钟个位及十位的管脚非别与两个七段译码器连接，组成时间显示器。
电阻R3的作用是限制显示电流。
开关K2的作用：闭合为停止计时兼计数器清零；开启为开始计时。
电源VCC的大小为15V。图2.时间显示电路图3.时间控制电路
2.时间控制电路
电路的连接依据：以17分钟报警为例。

表1.七段显示器的对应表
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

当七段显示器显示“17”时，图中d1、f1、a2、d2、f2输出低电平，a1经过非门电路也输出低电平。F1、D9~D12、D14为或门电路，输出还是低电平，使得单稳态1有一个2秒的暂态，从而使得报警电路发出警告。

图5.或门电路
3.单稳态电路

图6.单稳态2的电路
图7.单稳态电路2暂态波形图

反相器4069在常温下，电压为15V时，输入电压在2.5V至12.5V之间
当时间显示为20分钟时，F3的输出端由低电平反转为高电平，此时，电容C3充电，当C5上的电压上上升到约12V（高电平）时，开始放电。利用公式求出时间常数的值，设R5为1M。
—4/R5C3=lnUc/Us ⑴
代入数值为：—4/1*106C3=ln12/15
最后得出C3=2μ
同理可证：C4=1μ

图8.单稳态电路1和2

图9.555电路部分内部原理图
当时间显示为20分时，单稳态1有一个4秒的暂态，使得F4右端输出高电压，C5充电，当Uc由1/3Vcc上升到2/3Vcc时，7脚导通，电容C5放电，随着电容的放电，Uc由2/3Vcc下降到1/3Vcc，此过程为C5的一个完整的充放电过程。
电容C5完成一次充放电的时间由警告频率决定，已知频率为800HZ，设C5=0.01μ
根据C5充放电波形：

图10.C5充放电波形图

由上图可得振荡器的振荡周期T为：
T=tw1+tw2                                                      ⑵
tw1为电容C5上的电压由1/3Vcc充到2/3Vcc所需的时间，充电回路的时间常数为（R9+R10）C5。tw1可用下式估算：
       tw1=ln2（R9+R10）C5≈0.7（R9+R10）C5                        ⑶
tw2为电容C5的电压由2/3Vcc下降到1/3Vcc所需的时间，放电回路的时间常数为R10C5。tw2可用下式估算：
       tw2=ln2R10C5≈0.7R10C5                                      ⑷
设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。
图11.警报电路
555电路3脚为输出端，C6为耦合电容。
三.会议发言限时器的各元器件的功能及作用
1.芯片LM8361的功能及作用
⑴.LM8361的引脚排      LM8361各引脚作用：
                            1.am输出        2.小时的十位b,c 3.小时的个位f
4.小时的个位g   5.小时的个位a    6.小时的.个位b
7.小时的个位d   8.小时的个位c    9.小时的个位e
10.分钟的十位f 11.分钟的十位g 12.分钟的十位a,d
13.分钟的十位b 14.分钟的十位e 15.分钟的十位c
16.分钟的个位f 17.分钟的个位g 18.分钟的个位a
19.分钟的个位b 20.分钟的个位e 21.分钟的个位d
22.分钟的个位c 23.一般输出     24.闹表定时输入
25.报警输出     26.停止报警输入 27.睡眠输出
28.Vss   29.VDD 30.睡眠显示输入 31.报警显示输入
32.秒显示输入   33.慢调 34.快调 35.50/60Hz输出
36.50/60Hz选择 37.NC      38.12/24小时选择
39.1Hz输出     40.pm输出
     图12.LM8361引脚图
2.七段显示管
七段显示管分共阴极和共阳极两种形式，它们的外形结构和二极管连接方式分别如图 12、图13所示。从图中可以看出，对于共阳极的显示器，当输入低电平时发光二极管发光；对于共阴极的显示器，当输入高电平时发光二极管发光。与之相应的译码器的输出也分低电平有效和高电平有效两种。

图13.七段译码管封装图           图14.（a）共阳式连接方式（b）共阴式连接方式
3.芯片CC4069的功能和作用
CC4069由六个COS/MOS反相器电路组成。此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。
CC4069提供了14引脚多层陶瓷双列直插（D），熔封陶瓷双列直插（J），塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4种封装形式。
⑴.CC4069的逻辑符号

图15.逻辑符号
⑵.CC4069的引出端排列及功能符号

                                         引出端功能符号：

1A～6A   数据输入端

                                        VDD        正电源

VSS 地

                                        1Y～6Y   数据输出端
             图16.引出端排列
⑶.CC4069的工作条件
①.推荐工作条件                          ②.极限值
电源电压范围………………3V～15V         电源电压………………-0.5V～18V
输入电压范围………………0V～VDD             输入电压………………-0.5V～VDD+0.5V
工作温度范围                             输入电流………………±10mA
        M类………………-55℃～125℃     贮存温度………………-65℃～150℃
        E类………………-40℃～85℃
4.芯片NE555定时器的功能及作用
555定时器简称555电路，是一种电路简单，使用方便灵活，用途广泛的多功能电路。分为TTL型555电路和COMS型555电路两大类。
⑴.555定时器的两个显著特点
①电源电压的范围宽，TTL型电源电压范围为5—15V；COMS型电源电压范围为3—18V。并且TTL型与COMS型的逻辑电平可以兼容。
具有一定的输出功率，可以直接驱动微型电机、指示灯、继电器和扬声器等负载。
⑵.555定时器的电路结构及功能
①555定时器的电路结构
555电路大多采用双列直插式塑封和金属圆壳式封装。

                                             引出端功能符号：
                                           1脚GND为地端
                                           2脚TR为触发端
                                           3脚OUT为输出端
                                           4脚RD为复位端
                                           5脚K为控制端
                                           6脚TH为阈值端
                                           7脚D为放电端
                                           8脚VCC为电源正端
          图17. 555电路封装外型
555电路的工作原理
由555电路的等效逻辑电路（图18）可知，它由三个5KΩ电阻组成的分压器、A1和A2两个比较器、H1和H2组成的基本触发器、VT放电晶体管、H3组成的输出缓冲级等组成。

图18. 555电路的逻辑电路
分压器：
555电路中由三个5KΩ电阻组成的分压器，对电源Vcc实现分压，由于比较器输入电阻接近无穷大，所以比较器的输入端基本不取电流。当5脚控制电压K端悬空时，分压器为比较器C 1的同相输入端提供参考电压VR1=2/3Vcc；同时也为比较器C2的反相输入端提供参考电压VR2=1/3Vcc。若将5脚K端外接固定电压Vcc，将使VR1=Vcc，VR2=1/2Vcc。改变Vcc就能改变C1和C2比较器的参考电压。

比较器：
第6脚阈值输入TH和2脚触发输入TR端的外加输入信号和两个参考电压比较，以决定比较器的输出。当6脚的输入电压大于2/3Vcc时，比较器C1输出低电平；当2脚加入的触发信号小于1/3Vcc时，比较器C2输出低电平。反之，两个比较器输出高电平。

基本触发器：
基本触发器由与非门G1和G2组成，其状态受比较器C1和C2的输出控制。若C1输出低电平，将触发器置0；若C2输出低电平，则将触发器置1；若比较器C1和C2同时输出高电平，触发器将保持原状态。触发器4脚RD为复位端，可以从外部加入负脉冲控制，使触发器置0，平时RD保持高电平。

放电晶体管V：
放电晶体管V的状态受基本触发器Q控制，当Q=0时，V截止；当Q=1时，V导通。

输出缓冲级G3：
输出缓冲级G3接在基本触发器Q输出端，它的输出就是555电路的输出。输出缓冲级的作用是隔离外接负载对555集成电路的影响，提高555电路的带负载能力，且能提供与TTL电路一致的电平。
综上所述，555电路的逻辑功能归纳如表2所示。
表2. 555电路的逻辑功能
RD TH TR OUT VT
0 X X 0 导通
1 ＞⅔VCC ＞⅓VCC 0 导通
1 ＜⅔VCC ＞⅓VCC 不变不变
1 X ＜⅓VCC 1 截止
表中的四种逻辑功能说明如下：
①直接复位功能：当RD=0时，无论其它输入状态如何，输出Q=0、Q=1。放电管VT导通。若RD不用时，应使RD=1。这时可执行复位、置位和维持功能。
②复位功能：当TH＞⅔VCC，TR＞⅓VCC时，Q=0、Q=1，放电管VT导通。
③置位功能：当TH＜⅓VCC时，Q=0、Q=1放电管VT截止。
④维持功能：当TH＜⅔VCC，TR＞⅓VCC时，输出状态不变。
四.会议发言限时器的原理图及设计原理
1.会议发言限时器的电路原理
会议发言限时器由LED数字中电路和报时音响电路两部分组成。前者由LM8361和两个七段译码器组成，R3为分压电阻，使加到显示屏上驱动电压到电源电压½V上下浮动，与报时音响电路相匹配。D6～D16和F1～F6、NE555及Y等组成报时音响电路。D9～D12、D14、D16和K3A、F4～F6及NE555等用于12分钟或17分钟报时提醒，当打开启动开关K2后，时钟开始计时，D9～D12、F1和F6构成“或门”电路，F5的输入端为高电位，输出低电位，C4通过F5、R7彻底放电。F6的输入端为低电位，输出高电平，D16截至，F4输入端为高电位，输出低电平，NE555不工作，Y无音响发出。当时钟走到12分钟或17分钟时，F5的输入端变为低电位，输出高电位，同时对C4充电，在充电的2秒钟内R7上端为高电位，F6输出低电平，F4输出高电平，NE555工作，Y发出1000Hz“嘟”的提醒声。2秒钟后F6输出高电平，Y4输出低电平，提醒声消失。K3是时间选择开关，图中所示位置为12分钟提醒，15分钟终止，置向另一端为15分钟提醒，20分钟终止。D6～D8、D13、D15和K3B、F2、F3及NE555等用于15分钟或20分钟终止报时，工作原理同上，不同之处是报时声为4秒，报时频率约800Hz，以利于区分。不需计时，只需将K2闭合即可。
2.会议发言限时器的电路原理图

五.会议发言限时器的印刷电路板的制作
印刷电路板（Printed Circuit Board，简称PCB），它是以一定尺寸的绝缘板为基础，以铜箔为导线，经过特定工艺加工，用一层或若干层导电图形（铜箔的连接关系）以及设计好的孔（如元件孔、机械安装孔、金属化过孔等）来实现元件间的电气连接关系，它就像在纸上印刷上去似的，故得名印刷电路板或称印刷线路板。在电子设备中，印刷电路板可以对各种元件提供必要的机械支持，提供电路的电气连接并用标记符号把板上所安装的各个元件标注出来，以便于插件、检查及调试。
印刷电路板可分为：单面板、双面板和多层板3类。本次设计用的就是双面印刷电路板。
1.PCL设计流程
⑴.绘制电路原理图
确保绘制的电路原理图无错误后，即可生成网络表，用于PCB设计时的自动布局和自动布线。对于比较简单的电路，也可不绘制原理图，而直接进入PCB设计。
⑵.规划电路板
规划电路板主要确定电路板的物理边界、电器边界、电路板的层数、各中元件的封装形式和布局要求等任务。
⑶.设置参数
设置参数是设置软件中电路板的工作层的参数、PCB编辑器的工作参数、自动布局和布线参数等。
⑷.装入网络表及元件的封装形式
网络表是PCB自动布线的核心，也是电路原理图设计与印刷电路板设计系统的接口。只有正确装入网络表，才能对电路板进行自动布局和自动布线的操作。
⑸.元件的布局
元件的布局包括自动布局和手工调整两个过程。在规划好电路板和装入网络表之后，系统能自动装入元件，并自动将它们放置在电路板上。自动布局是系统根据某种算法在电气边界内自动摆放元件的位置。如果自动布局不尽人意，则再进行手工调整。另外，Protel99 SE也支持用户的手工布局。
⑹.自动布线
系统根据网络表中的连接关系和设置的布线规则进行自动布线。只要元件的布局合理，布线参数设置得当，Protel99 SE的自动布线的布通率几乎是100%。
⑺.调整
自动布线成功后，用户可对不太合理的地方进行调整。如调整导线的走向、导线的粗细、标注字符和添加输入/输出焊盘、螺丝孔等。
⑻.文件的保存及输出
将绘制好的PCB图保存在磁盘上，然后利用打印机或绘图仪输出。也可利用E-mail将文件直接传给生产厂家进行加工生产。
2.会议发言限时器的PCB版图

图20. PCB图
六.结束语
因为我们组的设计电路有些复杂，芯片买到的时间过晚，所以没能制作成实际的电路，非常遗憾。我们设计的会议发言限时器比较简单，仅适用于中小型会议。
而对于发展迅速的当今社会，铺天盖地会议、讨论、演讲等充斥着我们的工作和生活。要开一个富有成效的会议，就要有一个好的会风，尽量开短会、开小会、开精会，长话短说，有针对性、不跑题、不重复。而会议发言限时正是提高效率和减少废话的一个行之有效的方法。
如果实际生产、应用，我觉得应该更加完善一些地方，如警报声音可根据不能形式的会议，设置成不同铃声。为了美观，可以也时钟相结合。还可加入暂停计时功能，支持多种语言，这样就更加人性化了。
通过毕业设计，使我们进一步巩固和深化理论知识，提高分析问题及解决问题的能力，提高对电子类产品的设计、生产、测试工作，提高动手能力，为毕业后从事本专业的工作打下比较扎实的实践基础。
七.谢辞
在论文的写作过程中，王老师和杨老师给了我很多的指导，不仅对论文的不足之处作了修改，提出了宝贵的意见，也对论文的设计提了许多好的建议，让我的论文内容写得更加全面、范围更加广泛。在他们的不止一次的耐心的指导下，这篇论文得以顺利完成。搜集资料的过程中，图书馆的老师也为我们提供了很大的便利，使得我资料丰富，思路顺畅，而且本组的同学们都很团结，大家集思广益，互相支持、帮助，也是我能够成功写好论文的一部分，所以我在此表示衷心的感谢，谢谢老师们的细心负责、指导帮助，也谢谢同学们的支持！在论文的写作过程中，王老师和杨老师给予了很大的支持和帮助，为论文的写作提出了许多宝贵性的意见和建议；在他的指导下，这篇论文得以顺利完成。在资料的搜集过程中，图书馆工作人员为我们提供了很大帮助，本组同学也给予了很多支持，在此表示衷心感谢。
八.参考文献
[1] 杨志忠《数字电子技术》[J].高等教育出版社
[2] 高吉祥《电子技术基础实验与课程设计》[J].电子工业出版社
[3] 徐开友《低频电子线路》[J].天津大学出版社

附录
元器件明细表：
序号品名型号个数
1 七段显示管  2块
2 定时器 NE555 1块
3 计时器 LM8361 1块
4 二极管 IN4001 2个
5 电阻 51K 1个
6 电阻 47 1个
7 电阻 10K 3个
8 电阻 1M 2个
9 电阻 40K 1个
10 电阻 6K 1个
11 电阻 30K 1个
12 二极管 IN4148 14个
13 电容 300μ/25V 1个
14 电容 0.01μ 1个
15 电容 2μ/25V 1个
16 电容 0.02 1个
17 电容 1μ/25V 1个
18 电容 47μ/25V 1个
19 开关双双刀双掷 1个
20 开关  2个
21 非门电路 4069 1个
22 蜂鸣器 8Ω扬声器 1个
23 变压器双12V/5W 1个
总计                                          42个

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