2008041508黄松筑.doc

课程设计任务书课程名称：数字电子技术题 目：定时报警器设计专业班级：08电子信息工程学生姓名：黄松筑学 号：2008041508指导老师：傅智河审 批：傅智河任务书下达日期 2010年 9月 27日 星期一设计完成日期 2010年 10月 1日 星期五一、 简述，当前, 报警器种类繁多，它们通过巧妙构思与创作使报警系统能够自动地联锁保护装置动作的发生。停止某些设备的运行，制止危险工况的发生。定时报警器是具有计时和报警双重功能的数字逻辑控制系统，至少应包括以下几个部分。1、时钟信号发生器；2、计数器、译码器；3、控制电路组成；二、设计任务和要求1. 设计一个简单的定时器，并具有显示时间，清零输出指示的功能;2. 定时器有两位的十进数LED数码管显示，即十位数、个位数。3. 按动控制开关计数开始后，在LED数码管上显示出0099。4. 具有清零的功能，且每次清零后，又开始从00开始。5. 每次时间到点进行报警2S.6. 功能扩展：增加任意时间设置报警功能三、可选用器材1. 通用实验底板2. 直流稳压电源3. 集成电路：74LS90、74LS153，555、74LS48门电路4. 阻容元件、电位器、开关等四、设计方案提示整个系统由控制电路、报警电路、定时电路、秒脉冲产生电路、译码电路、显示电路组成。秒脉冲产生电路产生稳定的脉冲信号,作为时间基准,经过计数器构成的定时电路分别输出给译码器和控制电路进行显示及报警。控制电路能接受信息并控制相关电路，方框图如下图所示。实验人员控制开关报警电路秒脉冲产生电路定时电路控制电路显示电路译码电路电路1、时钟信号的产生方式很多,定时器555电路是一种双极型中规模集成电路, 只要在外部配上几个适当的阻容。元件和适当的电路连接, 就可构成多谐振荡器。该器件的电源电压为4.5一18V, 驱动电流也较大, 并能提供与TTL与COM电路相兼容的逻辑电平。2、 计数器设计的关键是对产生十进制的74LS90的强制置数的处理，按设计要强制置0； 目录一、设计任务与要求.4二、方案设计与论证.4三、单元电路设计.5四、仿真过程与仿真结果.7五、总原理图.9六、Protel制板图.9七、安装与调试.10八、故障分析.10九、附录（元器件清单）.11十、结论与心得.11十一、参考文献.12定时报警器设计一、设计任务与要求7. 设计一个简单的定时器，并具有显示时间，清零输出指示的功能。8. 定时器有两位的十进数LED数码管显示，即十位数、个位数。9. 按动控制开关计数开始后，在LED数码管上显示出0099。10. 具有清零的功能，且每次清零后，又开始从00开始。11. 每次时间到点进行报警2S。12. 功能扩展：增加任意时间设置报警功能。二、方案设计与论证 该设计可以采用555定时器接成的多谐振荡器提供秒脉冲信号，通过对两个十进制计数器外电路的连接构成任意进制的计数器，计数器的计数输出通过译码器由数码管显示出来，这样就实现了定时功能。通过逻辑变换，可以用逻辑门实现到点时得到高电平并具有规定延时，再由高电平驱动蜂鸣器实现报警功能。将两计数器置数端接有效电平可实现预置数功能，若预置数设为报警点，即可实现任意时间报警功能；而接非有效电平可实现0099计数。 设计框图如下：实验人员控制开关报警电路秒脉冲产生电路定时电路控制电路显示电路译码电路电路 方案一：采用加法计数，两计数器输入端都接地。 方案二：采用减法计数，两计数器输入端按预置数连接。 由于规定报警点为座位号，可将座位号设为预置数，本实训实验采用加法计数。三、单元电路设计1.（1）秒脉冲发生器原理需要的秒脉冲发生器可以由一个集成的555定时器构成，当电源接通后，VCC通过对R1、R2向电容充电。电容上得到电压按指数规律上升，当电容上的电压上身到2/3VCC时，输电压VO为零，电容放电。当电压下降到1/3VCC时，输出电平为高电平，电容放电结束。这样周而复始便形成了振荡。我们要的周期是1秒，频率是1赫兹。周期T可以由下面的公式可知：TR1.R2lnC(2)其原理图如下所示2. （1）一百进制分计数器的设计计数器的设计我们用两片74LS192来实现计数功能，我们要的只是加计数，所以我们把它的DOWN端接到高电平上去，把秒个位的UP端接到秒脉冲上；把秒位的CO端和十秒位的UP联在一起。当秒脉冲从秒位的UP端输入的时候秒计数的192开始从0加到9；这时，它的进位端CO 会发出一个高电平到秒十位的输入端UP，秒十位的计数从0变到1，一直到变为9；下一个UP脉冲来到时，计数器进入下一个循环加计数工作中。将08设为预置数，即将低位D输入端接高电平，其余输入端接地，将高位A端、B端、C端、D端的或非和低位D端的与门接到蜂鸣器，即可实现到08报警并延时2s。将置数端经过与非门接开关接电源即可实现0099加计数，经过开关接地即可实现任意时间报警。实现功能：1. J1.J2断开，计数器开始由0099计数。从数码管显示可见，符合设计要求。2任一时间，按下J1然后自动挑起，数码管立刻显示预置数08，同时蜂鸣器发出响声并响两秒，即实现任意时间报警功能。因为J1开关闭合即将两计数器置数端接地，实现预置数功能，而预置数点即为报警点，因此实现了设计的要求，并且是座位号报警。3. 任一时间，按下J2开关闭合时，从数码管显示可见能实现0099计数。符合具有清零的功能，且每次清零后，又开始从00开始。(2)其原理图如下所示四、仿真过程与仿真结果当时间在08时，电路就会输出高电平，蜂鸣器就会响，直到10时停止，实现了报警两秒。 五、总原理图六、protel制板图利用Protel DXP软件画好原理图，再将原理图打印出来，然后印制到电路板上，再将电路板上剩余铜片腐蚀掉。用酒精清洗板上的碳墨后，对板钻孔，然后插上芯片管座、电阻、电容和开关进行焊接。焊接完成后插上芯片，接上自备手机充电器,即可以实现报警器设计。Protel DXP软件画好原理图如下。七、安装与调试 焊接完成，接下来就是安装与调试，根据用仿真软件和protelDXP设计的电路图进行了安装，将芯片对照图进行了放置。接着，用实验室里的工具进行了调试。将实验箱的电源接在我们设计的+5V电源上，先测量秒脉冲器，看能否产生秒脉冲。将555的输出接入示波器，在示波器能看到方波。接着，将脉冲作为输入连接到计数器上进行计数。看能否实现实训的要求。八、故障分析在调试过程中发现了好多的问题，刚开始调试时，发现电路中的数码管没有显示数据，我就开始检查电路板的电路是否短路或开路，发现电路板中的导线有些开路，就用导线进行连接。为了防止有的地方虚焊，我用万用表将电路板中的铜线进行了全面的检查，由于我的粗心，发现有几处虚焊。九、结论与心得通过本次实训，完成了定时报警器的课程设计任务，达到了设计要求，同时我从中也受益匪浅。在短短的一周，要完成从找资料、构思电路、仿真、手工制版到焊接，一有问题就翻课本找资料，单独完成了整个课程设计。在设计过程中，先去学校图书管或在网上找资料，准备妥当之后，就是要进行仿真，温故以前学习的仿真软件。原理图出来，接下来又一大难题是手工制板。由于刚学ProtelDXP电路设计软件，对其应用还很生疏，所以为打印原理图下了不少功夫，为了使跳线尽量少，在保证有一定间隙下我让线尽可能地从芯片底下穿过。线还是细了点，所以我在印制过程都很小心，并让板在印制机上过了遍，印制完后又用墨笔涂了几处易断点，所以腐蚀过后线基本上没断。！接下来就是焊接了。我拿没有用的板先熟悉下焊接，就开始对工件进行了焊接。焊好后，我清干净电烙铁上的锡，然后去吸焊点上过多的焊，这样工件就完成了，剩下就是测试和调试。在测试与调试中，也出现了很多问题，因此一直没有办法测试出来，无法达到预定的目标。用万用表测量，发现有的线路已经断了，就用导线连接使工件能够正常工作。这次实训，虽然流了许多的汗水，但设计了实用定时报警器出来。十、附录（元件清单）元件序号型号主要参数数量备注U15,U874LS021或非门U374LS081与门U11,U1474LS321或门U4，U574LS1922同步十进制加减计数器U1, U274LS482七段译码器U6, U75101AG-N32七段发光二级管数码管R1，R251K2电阻C2,C1100nF2电容J1，J22开关A1555-VIRTUAL1555时基电路十一、参考文献1、阎石数字电子技术基础(第五版)高等教育出版社P298305，P4944982、张莲，蒋亮，孙玉林Protel DXP电路设计入门与应用机械工业出版社P66783、孙余凯，吴鸣山，项绮明新型电子通用单元电路电子工业出版社P2502524、陈金西数字电路实验与综合设计厦门大学出版社P4345,P165168