数电课程设计--计数报警器.docVIP

课 程 设 计 说 明 书课程名称： 数字电子技术 设计题目： 计数报警器 院 系： 电子信息与电气工程系 学生姓名： 安 磊 学 号： 200802020011 专业班级： 2008级自动化2班 指导教师： 张天鹏 杨欣 翟亚芳 2010年5月28日课 程 设 计 任 务 书设计题目计数报警器学生姓名安磊所在院系电子信息与电气工程系专业、年级、班2008级自动化2班设计要求：1.设计制作一个计数报警电路；2.计数最大值为99，用七段数码管显示；3.计数溢出时发出声光报警信号，报警时间长度为10秒，报警光信号用红色led表示；4.计数脉冲用按钮产生。学生应完成的工作：设计计数报警器的工作原理，并利用multisim9软件进行电路仿真。利用dxp 软件绘制电路原理图，并设计制作电路的pcb板。根据设计原理对电路进行安装、调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。参考文献阅读：1童诗白.模拟电子技术基础m.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春华.电子线路设计与应用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱关源 罗先觉.电路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.4阎 石.数字电子技术（第五版）m.北京：高等教育出版社，2005.5张阳天 韩异凡protel2004 dxp电路设计m.北京：高等教育出版社，2005.工作计划： 5月17号19号完成原理图的设计；5月20号23号进行pcb设计；5月24号26号制作pcb板；5月27号28号电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期： 2010 年 5 月 17 日任务完成日期： 2010 年 5 月 28 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 计数报警器摘 要：利用数字电子技术基础知识设计一个计数报警器，该计数报警器的设计采用的元件主要有译码器74ls247、十进制计数器74ls192、555组成的单稳态触发器。该计数报警器计数最大值是99，当计数溢出时放出声光报警,报警时间为10秒，计数脉冲由按钮和555组成的单稳态触发器产生。关键词：555定时器； 计数器； 触发器； 译码器； 数码管 目 录1.设计背景 11.1了解数字电路系统的定义及组成11.2掌握时钟电路的作用及基本构成12.设计方案12.1任务分析12.2方案论证23.方案实施 33.1原理图设计43.2电路仿真43.3 pcb制作 43.4 安装与调试 44.结果与结论55.收获与致谢66.参考文献67.附件 67.1电路原理图67.2 pcb布线图 77.3元器件清单71. 设计背景1.1了解数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。1.2掌握时钟电路的作用及基本构成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、pcb板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任务分析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multism9仿真，并应用dxp绘制各单元的逻辑电路图。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。2.2方案论证（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a1和a2，有一个rs触发器，r和s高电平有效。三极管vt1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管vt2是放电管，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5kw电阻组成的分压器，由此可以获得 和 两个分压值，一般称为阈值。555定时器的1脚是接地端gnd，2脚是低触发端tl，3脚是输出端out，4脚是清除端rd，5脚是电压控制端cv，6脚是高触发端th，7脚是放电端dis，8脚是电源端vcc。555定时器的输出端电流可以达到200ma，因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。 图1 555定时器（2）发光二极管的连接led产品的种类繁多，有共阴极电路，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）74ls192和74ls247 74ls192异步十进制计数器 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rst清零，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。74ls247是一种bcd码输入的四线-七段译码器。1、 灯测试输入端/lt当/lt=0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/lt=1时，译码器按输入bcd码正常译码显示。2、 灭灯输入端/bi当/bi=0时，其输出端均为高电平，显示器各段都不亮。当/bi=1时，显示器各段才根据输入译码输出。3、 灭零输入端/rbi 当/rbi=0时，若输入dcba=0000，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/rbi=0。4、 灭零输出端/rbo 该端同/bi端共用一个引脚，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3.1原理图设计选择74ls192两片、74ls247两片、74ls04一片、数码管两枚、电阻若干、电容若干、开关一个。首先根据74ls192的功能表的功能，将两片74ls192连成十进制计数器，是输出的数字为从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74ls192相连，根据74ls247的功能，分别将两片74ls247连接到两片74ls192的相应端，然后将共阳极数码管两枚分别于两片74ls247相连，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multism9软件根据原先绘制的电路图绘制各单元的相应逻辑电路图，进行仿真。3.2电路仿真用multism9软件根据原先绘制的电路图绘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multism9进行仿真，得出所要的结果。在各单元电路设计的基础上，用multism9软件把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。3.3 pcb制作首先建立pcb文件，对元件选择正确封装，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。3.4 安装与调试首先建立pcb文件，对元件选择正确封装，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.安装，由于设备问题，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 multism9仿真图以后应该注意的。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multism9制作仿真图，运用dxp制图，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1童诗白.模拟电子技术基础m.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春华.电子线路设计与应用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱关源 罗先觉.电路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.4阎 石.数字电子技术（第五版）m.北京：高等教育出版社，2005.5张阳天 韩异凡protel2004 dxp电路设计m.北京：高等教育出版社，2005. 7. 附件7.1 电路原理图7.2 pcb布线图7.3 元器件清单器件数量和规格74ls1922