数电课程设计-可预置时间的显示报警系统的设计.doc

可预置时间的显示报警系统的设计目录1 设计任务描述21.1 设计题目：21.2 设计要求22 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 秒信号产生电路44.2 分频电路64.3 计数器电路84.4 译码显示电路94.5 预警电路105 工作过程分析116 元器件清单12小 结14致 谢15参考文献16附 录 A1 逻辑电路图17附 录 A2 印刷电路板图181 设计任务描述1.1 设计题目：可预置时间的显示报警系统的设计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)某电台22时30分停止播音（发光二极管代替），第二早6时30分开机准备播音，要求早晨无人时自动启动机组播音（扬声器代替）；(2)晶体振荡电路及分频电路。1.2.3 发挥部分(1)星期显示电路；(2)上、下班时刻闹铃。2 设计思路可预置时间的显示报警系统是由脉冲发生器、分频电路、计数电路、比较电路、译码电路、显示电路等几部分构成的。脉冲发生器可以产生一个高频信号，高频信号出来之后要进行处理，通过分频器、计数器、译码器，最后可以在数码管上显示出来，旁边可以加若干个控制回路以实现报警和发光二级管的闪烁以及定时等附加功能。本预警系统的脉冲发生器可以由多谐振荡器构成，其产生的频率由电阻R1、R2和电容C决定；而分频电路的多少和接线由多谐振荡器产生的频率决定，频率越大，使用十进制计数器即分频器的个数也就越多；经过分频器后会产生一个所需频率1KH的脉冲作为计数器的输入端；计数器选用的是74LS160D芯片，总共用七个芯片实现2个六十进制、1个二十四进制和1个七进制的计数器分别构成时间显示系统的秒、分、时及其星期的计数功能。有了所需要进制的计数器之后，信号就传递给译码器，再经过译码器后就可以直接驱动数码管显示数字了，其中数码管分为共阴极和共阳极两大类，而常用的数码管为4脚、7脚、8脚、这是由译码器的输出端决定的。考虑到电路的简化，该系统选用的是译码器和数码管合二为一的4脚数码管。到此为止，基本的时间显示电路就连接完了，接下来就是报警电路的构成。本系统的预警电路是由555定时器构成的蜂鸣器电路和多谐振荡器构成的发光二级管电路组成，通过与门和与非门连接在555定时器的清零端。通过接线模拟闹钟、蜂鸣器和发光二级管的预警系统也基本完成。完整的可预置时间的显示报警系统的全部功能得以实现。3 设计方框图数码管闹钟4路译码器预警电路时信号计数器星期信号计数器分信号计数器秒信号计数器分频器555多谐振荡器4 各部分电路设计及参数计算4.1 秒信号产生电路4.1.1 多谐振荡器的原理图图4.1 555多谐振荡器的逻辑电路4.1.2 多谐振荡器产生的波形4.1.2.1 多谐振荡器的输入输出波形图4.2 555多谐振荡器的输入输出波形该波形为多谐振荡器的输入Ui（THR、TRI端）和输出Uo波形（OUT端）。4.1.2.2 多谐振荡器的输出频率用频率计测得多谐振荡器的输出频率为1KH，其图如下：图4.3 555多谐振荡器的输出频率4.1.3 参数计算多谐振荡器由555定时器和外接元件R1、R2、C构成，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DC放电，使电路产生振荡。电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。在设计时，取R1=72K,R2=7.2M。令其产生脉冲的频率为1000HZ，多谐振荡周期公式为： 求得C的表达式为： 把R1=72K,R2=7.2M代入得： 最后求得C=98.7PF，与实际用得的电容误差较小，效果较为明显4.2 分频电路4.2.1 分频器的原理图 图4.4 555多谐振荡器的逻辑电路该分频器电路采用3个74LS160D组成，实际采用3个计数器当做分频器，74LS160D的进位端为下一级的输入信号，当多谐振荡器的输出端产生1KZ的信号，经过三次分频后就会产生一个1HZ的秒信号；三个分频器的无效段ENP、ENT、LOAD、CLR端都接+5V高电平。4.2.2 分频器的波形4.2.2.1 一次分频波形图4.5 一次分频的输入输出波形4.2.2.1 二次分频波形图4.6 二次分频的输入输出波形4.2.2.1 三次分频波形图4.7 三次分频的输入输出波形4.3 计数器电路4.3.1 计数器的原理图图4.8 计数器电路4.3.2 计数器的波形4.3.2.1 秒信号Qa端波形图4.9 秒信号波形4.3.2.1 分信号Qa端波形图4.10 分信号波形4.3.2.1 时信号Qa端波形图4.11 时信号波形秒、分、时波形是由示波器两输入端分别接2个60进制、1个24进制的Qa端而测到的。这部分同样采用了74160这个芯片，要用7个74160做成两个60进制的分频时钟输入产生电路、一个24进制的时计数器和一个7进制的时计数器。74160本身是一个10进制的计数器，要组成一个60进制的秒计数器，就需要把秒计数器的十位74160做成6进制计数器。其他的情况类似，如图4.8所示。4.4 译码显示电路4.4.1 译码显示电路的原理图图4.12 LED星期、时、分、秒显示电路常用LED显示管有4脚、7脚和8脚，此系统采用4脚显示管，4脚显示管具有内部集成译码器的优点，这样就可以简化很多连线，从而使电路变得简单。4.4.2 译码显示电路的波形图4.13 LED译码器4.5 预警电路4.5.1 预警电路的原理图4.5.1.1 蜂鸣器的原理图图4.13 蜂鸣器电路4.5.1.2 发光二级管的原理图图4.14 发光二极管电路 发光二极管电路和蜂鸣器电路的工作原理是：当RST端给一个高信号脉冲时，发光二级管和蜂鸣器就会发光和产生蜂鸣器的声音。当6:30和22：30时间一到，需要分别引过来一个高信号脉冲，这样与预订时间相同时就会触发发光二极管和蜂鸣器。第一，考虑到六点半的二进制数为：0000 0110 0011 0000 0000 0000 ，这样与七点半的二进制数类似：0000 0111 0011 0000 0000 0000 ，如果不加任何处理的话，六点半蜂鸣器响过之后，蜂鸣器七点半还会发出声音。为了解决这个问题该系统采用在时信号的个位末端引出一个非门把该时刻的信号屏蔽掉；这样蜂鸣器在六点半到六点四十会一直发出声音，如果想要减少蜂鸣的时间，就要在增加条件以限制声音的时间段。本系统采用秒的进位和分个位的进位来屏蔽06:31至06:40这9分钟的时间。第二，当用信号发生器模拟输出频率时，要考虑频率的输出范围，如果频率输出过大，也会导致蜂鸣器不工作，频率的数量级应在KH上下一个单位波动。5 工作过程分析可预置时间的显示报警系统的是由多谐振荡高频信号脉冲发生器、分频电路、计数电路、译码电路和显示电路组成。该系统主要由秒信号发生系统、数字钟系统和报警系统三部分组成。但是多谐振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要分频电路即计数器，经过分频电路三个74160会产生1Hz信号。数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路 。555定时器组成的多谐振荡器电路构成数字钟脉冲触发。从多谐振荡器提供的方波信号通过分频器电路，将高频信号经分频后得到1HZ方波信号供秒计数器进行计数。锁。7个74LS160组成2个60进制计数器、一个24进制计数器和一个七进制计数器。当1HZ秒信号加入到秒计数器后就进入到了译码管中，通过译码管再输出给数码管。数码管通常有发光二极管(LED)数码管和液晶(LCD)数码管,本系统使用的是4脚LED数码管。当计数器与门电路预置的时间一致时，门电路就会输出高电平给报警系统，报警系统根据判断会做出响应，发出蜂鸣器的声音或者把发光二级管置亮。而报警系统由555定时系统组成。 6 元器件清单表6-1序号元件型号元件说明元件数量1TTL,NAND与非门32TTL,AND与门33POWER电压源14DCD_HEX_DIG_BLUE数码管85GROUND接地16555_VIRTUAL555定时器47RESISTOR电阻48CAPACITOR电容29TTL,OR或门10TTL,NOT非门11VOLTMETER_H电压表1原始清单：图6.1 英文元器件清单小 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，但是时间确实无比的珍贵，连续四天熬到凌晨一点，还有一次熬到凌晨2点半都感觉不够用，特别是在期末考试的前一周，更是感觉时光如流水一般。然而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，这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，是对数字电子这门课程的升华和系统、综合学习。本次实习是我来大学到目前为止最紧张同时也是收获最大的一次课程设计。设计是一名大学生应该做到的要求，而这次课设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。可以这样说，本次实习有艰辛的时刻，也有兴奋的时候。“艰辛“的是我们的实训没有特定教室的，并且需要自己准备一些硬件设备和软件知识，在考试周前一周，对我们无论身体还是知识还是心理上都是一次考验；“兴奋“的是经过自己的努力，课程设计的任务已经完成。对可预置时间的显示预警系统的设计，让我充分了解到了数字时钟的计时原理，多谐振荡器原理和如何预置和实现报警系统的原理。加深了对数字电子所学知识的了解和认识、以及提高了对知识驾驭能力，通过可预置时间的显示报警系统的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。以及各种电路之间的怎样联系起来的，对数字电路达到了一个从大体的感性认识到理性认识的质变。其次，培养了严谨的学风，善于查阅大量的资料的同时，扩展了视野。同时系统的学习了MULTISIM此次课程设计一共绘制逻辑接线图和PCB图，看着各种器件的连接和密布的线，自己逐渐对数字电路这门课产生了浓厚的学习兴趣，大大的提高了实际动手操作能力，为今后的学习道路奠定了雄厚的基础。最后，在认真完成课程设计的过程当中，形成了一种对科学严谨求知的态度，这为我以后无论继续升学还是就业都产生巨大积极地影响。致 谢本次数电课程设计能够如此顺利的完成得益于很多人，在这里首先要感谢的是这次设计的指导老师曲延华老师，一直耐心的对我们错漏百出的电路图进行细心的指导、修正，及其细心地解答我们在设计过程中遇到的各种疑难问题。这能够使我们能更好的了解电子设计的实际操作流程，让我们少走了许多不必要得到弯路，可以称得上一次“真枪实弹”的实习。在我做课程设计期间，曲老师严谨求实的治学精神、一丝不苟的治学态度、高尚的品格和渊博的学识，深深的感染了电自101班和电自102班的全体同学。设计的每次改动与进步都离不开老师的悉心指导，虽然天气很热，但是我看到老师那种服务于每位同学并予以细心教导的态度与精神，就在心底里真诚的佩服与敬仰。其次要感谢的是和我一起奋斗过的组员们，如果没有你们的并肩作战，我也不能如此轻松顺利的完成这次数电的课程设计，许多难解的问题都是在我们共同努力下才明白的，所以我要感谢你们。然后我还要感谢我们美丽的沈阳工程学院，给我们创造了如此优越的硬件设备，