计数报警器数字电子技术工程设计书

1 计数报警器 数字电子技术工程设计书 1. 设计背景 字电路系统 的定义及组成 数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号 转 换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则 需要 通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。 随着科学技术的迅猛发展和社会的日新月异，数字电子信息技 术这门科学在各行各业越来越得到广泛的应用，特别是集成芯片的应运，促使现代电子产品向小体积多功能发展。这不仅节省了原材料，降低了产品成本，还减少了很多劳动力，所以很有必要学习好这门课程。 时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。比如多路可编程控制器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时 钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。 通过数字电子技术课程设计，使学生较系统地、全面地掌握数字电路系统的基本设计方法，设计步骤， 熟悉和掌 电路参数的计算，电路元器件的选择与应用， 学习数字电路 原理图设计、 设计和 实物 电路系统的 制作 、安装、 调试 、 测试 、 故障查找和排除的方法 和 技巧 ，并在此基础上，逐步调试改进、完善电路的性能。学会积极地按照设计任务的要求，查阅并理解相关技术文献，能进行方案的论证比较，方案的具体实施。使学生较深入地了解与课程设计有关的知识，培养学生分析和解决实际的问题。 2. 设计方案 2 1、课题分析与研究 了解上述设计要求后，明确设计系统的全部功能，要求及计数指标，熟悉处理信号与控制对象的各种参数，关系和特点。 2、总体方案确定 根据系统的逻辑关系将系统分解，画出系统的原理框图，确定框图间各种信号的逻辑关系与时序关系。 3、单元电路绘制与仿真 选择合适的数字器件，用 应用 4、分析电路 充分分析单元电路，尤其对控制信号要从逻辑关系，正反极性，时序几个方面进行深入考虑，确保不发生冲突，在深入分析的基础上通过对 原设计电路的不断修改，最后获得最佳的设计方案。 （ 1） 555 定时器 的连接 555 定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路， 如图 1 所示， 有二个比较器 一个 发器， R 和 S 高电平有效。三极管 清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管 放电管，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的 输入端有一个由三个 5此可以获得 和 两个分压值，一般称为阈值。555定时器的 1脚是接 地端 2 脚是低触发端 3 脚是输出端 4 脚是清除端 5 脚是电压控制端 6 脚是高触发端 7 脚是放电端 8 脚是电源端 555 定时器的输出端电流可以达到 200此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如扬声器、发光二极 管 等 。 3 图 1 555 定时器 （ 2）发光二极管的连接 共阴极电路，还有共阳极电路。本次设计采用共阳极电路。如图所示 : 图 2发光二极管 （ 3） 7444步十进制计数器 这个计数器是十进制的，在设计时电路比较简单，我们在学习进制设计时已经使用过，基本了解它的各项功能。对 于六进制的设计不是很大的问题，同时由于 零， LD的保持功能可以很方便的实现清零开始 ,暂停继续这两个功能。因此我选用这种方案。 74七段译码器。 1、 灯测试输入端 / / 时，发光数码管各发光段全亮，显示 8 字，用以检查数码管各发光段是否良好。当 /时，译码器按输入 2、 灭灯输入端 / / 时，其输出端均为高电平，显示器各段都不亮。当 / 时，显示器各段 4 才根据输入译码输出。 3、 灭零输入端 / / 时，若输入 000，则输出不显示 0，若输入为其他代码，则照常显示。此输入端可以用来熄灭译码器输出中多余的 0，如果输出 02。 10时，只需在对应位使 /。 4、 灭零输出端 /端同 /共用一个引脚，它既是灭灯输入端用来接收信号，又是灭零输出端输出信号，为相邻位提供灭零输入信号。 3. 方案实施 选择 74片、 74片、 74片、数码管两枚、电阻若干、电容若干、开关一个。首先根据 74两片 74输出的数字为从 1到 99，然后清零。用相应电阻和电容以及 555组成单谐振荡器，和74连，根据 74功能，分别将两片 74接到两片 74相应端，然后将共阳极数码管两枚分别于两片 74连，中间加 100欧电阻，先在草稿纸上绘制实现功能的草图，经过反复的修改论证，以期达到最理想的状态。然后用 制 各单元的 相应 逻辑电路图 ，进行仿真。 用 制 各单元的 相应 逻辑电路图 后，进行仿真，期间可能会出现不能正常实现原先所设定的功能，但经过思考与修改，以及在老师的帮助下发现自己的错误与不足，并接受老师给予的意见和建议，设计出能正常实现所要求的功能的电路图，用 出所要的结果。 在各单元电路 设计 的基础上，用 各单元电路连接起来， 绘制出 符合软件要求的 系统整体 逻辑电路图。 系统 整体电路设计完 成 后，对 系统 整 体 进行仿真，验证设计 的正确性。仿真图如图 3所示。 首先建立 元件选择正确封装，利用网络表导入元件 ，然后进行布线， 5 先要进行一系列的参数设置，并要移动元件的位置尽量得到最佳布局，我们采用的是手动布线的方法。 装与调试 首先建立 元件选择正确封装，利用网络表导入元件，然后进行布线，先要进行一系列的参数设置，并要移动元件的位置尽量得到最佳布局，我们采用的是手动布线的方法。 然后，在老师的帮助下制出电路板，我明白了电路板制作的过程，并没有想像中的困难。最后进行焊接 于设备问题，电路板印制的不是十分理想，需先对其短线进行焊接，然后进行安装。 在安装过程中也出现了一些易犯的错误，如芯片 装反，引脚没焊接好等错误，都是图 3 6 以后应该注意的。 在调试过程中，也发现一些设计错误，这也是应该注意的。 4. 结果与结论 由于设计的原因，结果并不十分理想。其元件布局不是十分合理，导致外接导线多，功能基本可以实现。由于在设计过程中，众多因素考虑的不够周全，使实验的误差很大，以致最后设计出的电路不能够实现，导致前功尽弃，以后要注意加强动手动脑的能力，不能够再犯想当然的错误了。 通过设计，我认识到了自己对数电这门课的理解程度以及熟练和掌握程 度，了解了自己的不足，和以前学习过程中的方法的选择的不适当，有助于我们更好地学好数字电子技术基础，并为我们今后的学习打下了坚实的基础。得出的结论是：计数报警器的设计是一项非常好的设计课程，非常适合初学者。 这次设计使我认识到了自己身上的不少缺点和不足，并且对它不够重视，缺乏耐心恒心和毅力，以前养成了眼高手低的坏毛病，在今后学习和工作过程中，尽最大努力克服这些缺点和不足。一些实际问题，通过逻辑电路可以实现。有一个良好的学习及钻研的习惯，认真踏实的态度，才能作好每一件事。 5. 收获与致谢 在这次课程设计中， 我学到了许多书本上不可能学到的东西，同时对数电这门课有了更深的了解，锻炼了我们的动手操作能力，以及把所学知识运用到实际的生活当中去的能力。例如本次课程设计的计数报警器，只有通过组合书本上的零碎知识，并运用才能很好的制作。通过此次课程设计，我学会了运用 作仿真图，运用 图，布线，了解了制作电路板的全过程及原理，让我受益匪浅，我也认识到我所学的知识并不是空的理论，而是能用到生活和工作每一方面的。切实增加了我的学习积极性，只有我们动手做，才可以学到书本上学不到的东西。感谢系里给我这次学习的机 会，特别感谢张天鹏老师、翟亚芳老师、杨欣老师的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，在此，我表示深深的感谢！ 6. 参考文献 7 1童诗白 M等教育出版社， 2005. 2臧春华 M高等教育出版社 ,2005. 3邱关源 罗先觉 五版） M等教育出版社， 2006. 4阎 石 五版） M等教育出版社， 2005. 5张阳天 韩异凡 路设计 M等教 育出版社， 2005. 7. 附件 路原理图 8 器件清单 器件 数量和规格 74片 74片 74片 电阻 100欧 15个， 1个， 100k 欧 1个 电容 100， 10发光二极管 1个 扬声器 1个 导线 若干 55