电子技术课程设计-可预置的定时显示报警系统1.doc

可预置的定时显示报警系统目 录课程设计（论文）任务书i课程设计（论文）成绩评定表iii中文摘要.iv1 设计任务描述11.1 设计题目11.2 设计要求11.2.1 设计目的11.2.2 基本要求11.2.3 发挥部分12 设计思路23 设计方框图34 各部分电路设计及参数计算44.1 秒脉冲产生电路44.2 分频电路54.3 五分频时钟输入产生电路74.4计数器电路84.5锁存器7477电路84.6译码器显示电路94.7比较器电路105 工作过程分析116 元器件清单127 主要元器件介绍137.1秒脉冲产生电路137.2分频电路的原理及说明147.3五分频时钟输入产生电路157.4十进制可逆计数器74ls19216小 结18致 谢20参考文献21附 录 a1 逻辑电路图22附 录 a2 实际接线图23 1 设计任务描述1.1 设计题目：可预置的显示报警系统 1.2 设计要求 1.2.1 设计目的(1) 掌握可任意预置时间的显示报警系统的构成、原理与设计方法；(2) 熟悉集成电路的使用方法。 1.2.2 基本要求(1) 设计一个可预置30秒的显示报警系统；(2) 时间显示系统为按秒减法或加法计数均可；当计数到第30秒时显示的时间数字开始闪烁（闪烁频率为4hz），直到归零为止；(3) 计数归零时发出声音报警信号并能准确地预置和清零 1.2.3 发挥部分(1) 每隔5秒显示一次时间（30秒、25秒，0秒显示），系统能准确地预置和清零；(2) 用一个多功能开关控制电路，保证电路总电源开启的时候显示器能够正常的倒数计数工作！ 2 设计思路 可预置定时显示报警系统是由脉冲发生器（我用的是555多谐振当器）、分频地电路、计数电路、锁存电路、比较电路、译码电路、显示电路，等七大部分构成的，此系统就像电视里面演得一样，就如同一个会定时爆炸的炸弹，当我们预置输入30秒后，输入控制信号，即所谓的脉冲信号，此系统可以进入自动倒计时状态，当时间减小到我们预置的要求后报警系统开始报警，随着我们输入的脉冲的变化报警系统的响声也是不断变化的，用了290五进置的功能使显示器时期能够能够每隔5秒显示器显示一次，当个位和十位的输入信号与我们在所存器预定的信号相同，输出00，报警系统开始响。因为报警系统是由脉冲产生的，需要1hz的方波，我选用了555多谐振荡器，使其产生10000hz的方波，我们需要的是1hz的方波，就必须用分频器来实现，我选用了4个同步10进制的74160分频，就能产生1hz的方波，然后再通过十进制可逆计数器74192来实现减法计数，用异步计数法将十进制的计数器置为六进制的计数器，这样就能实现倒计时！在此过程中我运用了74290，用它来控制显示器，要求是将它的0101输出当每次到0101的时候一端送给锁存器，一端接置零端，这样就能叫显示器每隔五秒显示一下时间。此系统中比较器我选用的是7485，他的作用就是用来实现我们预制的时间，当计数器的时间减到与比较器设定的时间相同时，比较器输出高电平信号，输入报警器的触发器端，使报警其能够及时报警，还有就是在显示器上面把消引端接上高电平使显示器随时都亮着, 3 设计方框图 显示器显示器扬声器比较器振荡器振荡器计数器计数器锁存器锁存器驱动器驱动器译码器译码器 4 各部分电路设计及参数计算 4.1 秒脉冲产生电路555定时器和外接元件r1、r2、c构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过r1、r2向c充电，以及c通过r2向放电端放电，使电路产生振荡。电容c在和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。555电路要求r1与r2均应不小于1k，但两者之和应不大于3.3m。此部分电路是由555多谐振荡器和分频电路两部分构成，其中分频电路是有4个十进制的74160计数器通过并联方式组成的，它是直接影响后面电路的工作情况，所以他的精度和稳度是要求相当高的, 由 555 定时器和外接元件 r 1 、 r 2 、 c 构成多谐振荡器，脚 2 与脚 6 直接相连 。电 路没有稳态 ， 仅存在两个暂稳态 ， 电路亦不需要外加触发信号。555 电路要求 r 1 与 r 2 均应大于或等于 1k ，但 r 1 r 2 应小于或等于 3.3m。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性， 555 定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。！我用的是55多谐振荡器来实现的，在设计时，取 令其产生脉冲的频率为10hz，有多谐振荡周期公式：得到公式带入数值其产生的100000hz的脉冲通入分频器的cp端，通过四个十进制174160，最后输出一个1hz的脉冲。4.2 分频电路分频器件74160图：引出端符号：功能段clr清零端 qaqd输出端enp使能控制端ent使能控制端clk输入端load预置端 74160之间(或称为各级之间)的连接方式可分为串行进位方式、并行进位方式、整体置零方式和整体置数方式几种，假定已有的是n进制计数器，而需要得到的是m进制计数器， 若m可以分解为两个小于n的因数相乘，即mn1n2,则可采用串行进位方式或并行进位方式将一个n1进制计数器和一个n2进制计数器连接起来构成m进制计数器，而74160本身就是一十进制计数器，正好是我们所需要的，该系统同中采用的分频电路是用并行进位方式的接法来实现进位的，如图所示用了4个集成块，首先第一个74160的工作状态端控制端enp和ent都接高电平，实其处于计数状态，以第一个74160的仅为输出端c作为第二个74160的enp和ent的输入端，每当第一个计数器计成9（1001）时，下一个cp信号到达时，第二个计数器开始工作，而第一个计数器循环计数为0（0000），他的c端回到低电平，第一个计数器的控制端enp和ent恒为1，这样就能使计数器始终处于工作状态。以此类推，后几个计数器的连接方式与前面的完全相同，工作状态也与第一片与第二片之间的工作状态一样。通过四个十进制174160，最后输出一个1hz的脉冲。 4.3 五分频时钟输入产生电路利用74290二五十进置的功能使显示器时期能够能够每隔5秒显示器显示一次，在此过程中我运用它来控制显示器，要求是将它的0101输出当每次到到0101的时候一端送给锁存器，一端接置零端，这样就能叫显示器每隔五秒显示一下时间。在秒脉冲产生电路中，为了能实现以上功能就需要把74290小改动一下，首先把qb、qd 输出端接一个与门输出（0101）一方面给锁存器，一方面接回本身的置零端r01 、r02，这样就能实现控制显示器每隔五秒就能显示一次！ 下面就是工作的原理图： 异步清零端ro1-r02为高电平时，只要置9端s91- s92有一个为低电平，就可以完成清零功能。 当s91- s92均为高电平时，不管其他输入端状态如何，就可以完成置9功能。 当ro1-r02中有一个以及ro1-r02中有一个同时为低电平时，在时钟端ina,inb脉冲下降沿作用下进行计数操作： a) 十进制计数。应将ina与qa连接，计数脉冲由/cpb输入。 b) 二、五混合进制计数。应将inb与qb连接，计数脉冲由ina输入。c) 二分频、五分频计数。qa为二分频输出，qbqd为五分频输出。 引出端符号：功能段inb二分频时钟输入端（下降沿有效）ina五分频时钟输入端（下降沿有效）qaqd输出端 ro1-r02异步复位端 s91- s92异步置9端4.4计数器电路倒计时电路所以我选用了一个十进制减法计数器74ls192，只要将它的u/d端接入低电平则该器件就可以进行减计数的功能了，因为他是从30秒开始倒计时，需要两块计数器来分别充当十位和个位，将个位计数器的信号输入端接到分频器分频得出的1hz信号，这个信号可以驱动个位计数器工作，再用个位计数器的借位信号输送给十位的计数器，这样每减满十个数就会向十位计数器发出信号来驱动十位计数器工作，从而达到一个倒数计数的功能。4.5锁存器7477电路 为了实现每5秒在led显示器上显示一次时间的效果，电路里需要加上锁存器，我选用的是74ls77锁存器，器件上有四个控制端分别用来控制4个d触发器的工作状态，d触发器的输入和输出相等，所以四个控制端就分别控制四个d触发器的d端是否与外电路向连，从而达到读取存入的输出与将储存的数据输出这两种状态，这部分通过控制使其每5秒开通一次并且储存一次数据，然后将存入的数据输出给译码器，进而在显示器上30、25、20、15、10、05、00这几个倒计时点。4.6译码器显示电路译码器显示电路的作用是将计数器记录的时间显示出来，在计数器和显示器中间加上一个译码器，这个译码器我选用的是74ls47，译码器74ls74的消引端接上高电平使显示器随时都亮着，然后每隔5秒显示一下时间。4.7比较器电路比较器我选择的是74ls85，两个比较器分别接到个位计数器和十位计数器，比较器开始的时候预置的是00，当计数器从30倒数到00时，比较器发出高电平，报警系统开始报警。5 工作过程分析可预置定时显示报警系统是由脉冲发生器产生一个方波通过分频器之后就能产生1hz的秒脉冲，本系统就是一个减法计数器，从30秒开始倒计时，当输出全是00的时候送给报警系统一个高电平使时间显示并且报警！随着我们输入的脉冲的变化报警系统的响声也是不断变化的，用了290五进置的功能使显示器时期能够能够每隔5秒显示器显示一次，当个位和十位的输入信号与我们在所存器预定的信号相同，输出00，报警系统开始响。因为报警系统是由脉冲产生的，需要1hz的方波，我选用了555多谐振荡器，使其产生100000hz的方波，我们需要的是1hz的方波，就必须用分频器来实现，我选用了4个同步10进制的74160分频，就能产生1hz的方波，然后再通过十进制可逆计数器74192来实现减法计数，用异步计数法将十进制的计数器置为六进制的计数器，这样就能实现倒计时！在此过程中我运用了74290，用它来控制显示器，要求是将它的0101输出当每次到0101的时候一端送给锁存器，一端接置零端，这样就能叫显示器每隔五秒显示一下时间。还有就是在显示器上面把消引端接上高电平使显示器随时都亮着。此系统中比较器我选用的是7485，他的作用就是用来实现我们预制的时间，当计数器的时间减到与比较器设定的时间相同时，比较器输出高电平信号，输入报警器的触发器端，使报警器能够及时报警！ 6 元器件清单序号名称型号数量备注1振荡器5552脉冲产生2分频器74ls16043计数器74ls19224计数器74ls2901五分频5锁存器74ls7726集成门电路74ls211与门7集成门电路74ls041非门8显示器led七段29比较器74ls85210译码器74ls4727 主要元器件介绍7.1 秒脉冲产生电路555定时器和外接元件r1、r2、c构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过r1、r2向c充电，以及c通过r2向放电端放电，使电路产生振荡。电容c在和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。555电路要求r1与r2均应不小于1k，但两者之和应不大于3.3m。此部分电路是由555多谐振荡器和分频电路两部分构成，其中分频电路是有4个十进制的74160计数器通过并联方式组成的，它是直接影响后面电路的工作情况，所以他的精度和稳度是要求相当高的, 由 555 定时器和外接元件 r 1 、 r 2 、 c 构成多谐振荡器，脚 2 与脚 6 直接相连 。电 路没有稳态 ， 仅存在两个暂稳态 ， 电路亦不需要外加触发信号。555 电路要求 r 1 与 r 2 均应大于或等于 1k ，但 r 1 r 2 应小于或等于 3.3m。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性， 555 定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。！7.2 分频电路的原理及说明分频器件74160实际管脚图：管脚功能介绍rco进位输出端qaqd输出端cp时钟输入端ep使能控制端et使能控制端ld预置端74160之间(或称为各级之间)的连接方式可分为串行进位方式、并行进位方式、整体置零方式和整体置数方式几种，假定已有的是n进制计数器，而需要得到的是m进制计数器， 若m可以分解为两个小于n的因数相乘，即mn1n2,则可采用串行进位方式或并行进位方式将一个n1进制计数器和一个n2进制计数器连接起来构成m进制计数器，而74160本身就是一十进制计数器，正好是我们所需要的，该系统同中采用的分频电路是用并行进位方式的接法来实现进位的，如图所示用了4个集成块，首先第一个74160的工作状态端控制端ep和et都接高电平，实其处于计数状态，以第一个74160的仅为输出端c作为第二个74160的ep和et的输入端，每当第一个计数器计成9（1001）时，下一个cp信号到达时，第二个计数器开始工作，而第一个计数器循环计数为0（0000），他的c端回到低电平，第一个计数器的控制端ep和et恒为1，这样就能使计数器始终处于工作状态。以此类推，后几个计数器的连接方式与前面的完全相同，工作状态也与第一片与第二片之间的工作状态一样。通过四个十进制174160，最后输出一个1hz的脉冲。 7.3 五分频时钟输入产生电路利用74290二五十进置的功能使显示器时期能够能够每隔5秒显示器显示一次，在此过程中我运用它来控制显示器，要求是将它的0101输出当每次到到0101的时候一端送给锁存器，一端接置零端，这样就能叫显示器每隔五秒显示一下时间。在秒脉冲产生电路中，为了能实现以上功能就需要把74290小改动一下，首先把qa qd输出端接一个与门输出（0101）一方面给锁存器，一方面接回本身的置零端r01 r02，这样就能实现控制显示器每隔五秒就能显示一次！下面就是工作的原理图：管脚功能介绍cpb二分频时钟输入端cpa五分频时钟输入端qaq d输出端 ro1-r02异步置零端 r91- r92异步置9端 异步清零端ro1-r02为高电平时，只要置9端r91- r92有一个为低电平，就可以完成清零功能。 当r91- r92均为高电平时，不管其他输入端状态如何，就可以完成置9功能。 当ro1-r02中有一个以及ro1-r02中有一个同时为低电平时，在时钟端cpa,cpb脉冲下降沿作用下进行计数操作： a) 十进制计数。应将cpa与qa连接，计数脉冲由cpb输入。 b) 二、五混合进制计数。应将/cpb与qb连接，计数脉冲由cpa输入。c) 二分频、五分频计数。qa为二分频输出，qbqd为五分频输出。7.4 十进制可逆计数器74ls19274ls192管脚图管脚功能介绍ld为置数端cpv为加计数端cpd为减计数端qcc为非同步进位输出端 qcb为非同步借位输出端 a、b、c、d为计数器输入端，cr为清除端 qa、qb、qc、qd为数据输出端74ls192是一个十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有消除和置数端，74192地清出端是异步的，当置零端为高电平时，不管时钟端的状态如何，系统只完成清零功能，192的预置也是异步的，当我们置入控制端为低电平时，不管时钟脉冲的状态如何，输出端（qa-qd）即可预置成与数据输入端相一致的状态。192的计数是同步的，靠cpd或cpv同时加在4个触发器上而实现。在cpd或cpv上升沿作用下输出端同时发生变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰，当进行加计数或者减计数时，可分别用cpd或cpv来控制，此时另一个时钟应为高电平。 输入 输出crldcpvcpdabcdqdqcqbqa1000000dcbadcba0101 加计数0110 减计数小 结为期一周的课程设计终于在紧张的节奏中接近尾声，一周的时间不是很长，特别是在期末考试的前一周，真是时光如流水，但是在这一周的设计中我对数字电子的了解又加深了一层，我在这次的课程设计中获益匪浅，它不仅仅是忙碌的结晶，更是知识发挥的结晶，他让我们在这短短的一周内学到了更多的有关于设计的知识。本次实习是我到目前为止最头疼也是收获最大的一次实习。我是电本专业的学生，设计是我们将来必需的技能，这次实习恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。可以说，本次实习有苦也有甜。“苦“的是因为在考试的前一周课程设计，没有时间进行复习了，“甜“的是在设计的过程中直接把数字电子一同复习了。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前要做好充分的准备，像查找详细的资料等等，为我们设计的成功打下坚实的基础，我们电本2个班级的课程设计共分为10个小组，每组设计一个题目，八个人一组，而我选择的是比较简单的可预置定时报警系统，可预置定时显示报警系统是由脉冲发生器（我用的是555多谐振当器）、分频地电路、计数电路、锁存电路、比较电路、译码电路、显示电路，等七大部分构成的，当我们预置输入30秒后，输入控制信号，即所谓的脉冲信号，此系统可以进入自动倒计时状态，当时间减小到我们预置的要求后报警系统开始报警。我在这次的设计中共分为几个阶段，第一阶段，就是根据我的设计思路进行个部分的电路的选择，并且查找各个部分所需要用到的元器件的逻辑图还有他们的管脚图，比如脉冲的产生，我用到的是我们数字电子课上老师讲到得555多谐振荡器，并且找到了十进制的分频器74160来实现我所需要的1秒脉冲，等等很多我所需要用到的元器件进行分析了解，充分利用他们的功能来实现我所设计的需要。留给我印象最深的就是，要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如cp脉冲的供给通断，分频器的功能等等。我们组的成员都是比较团结的，我们一起一共设计了八套方案，在多种方案中来选择自己合适方案，把自己的原理图先用闲笔画在图纸上，在老师耐心的批改和讲解下，使我们的电路更加完善。这次的设计真是困难从从，可能是因为学校要评估的原因吧，我们设计的所有东西全部都要用电脑打印出来，这就是我们的难处了，两张图纸就比较难画，特别是元器件的绘制，由于所有东西都是要用电脑打印出来的，很多东西没有现成的只能画出来，老师给我们介绍了几个小软件，但是都不会用