数电课设报告.doc

.数电计数报警器课设报告摘要：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1、课题设计背景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。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。2、设计任务目的和要求2.1 设计任务：设计一个到计数达99时报警的计数报警器2.2 设计要求：A、设计一个计数报警器；B、计数最大值为99；C、计数达到最大时发出声光报警信号，报警时间长度为10秒，报警信号用红色LED表示；D、计数脉冲用按钮产生。3、设计方案选取经过任务分析可得，本设计用到两片74LS192组成100进制计数，用两片74LS47来驱动两个七段共阳极数码管，需要一个电平开关作为手动脉冲控制，计数的次数由数码管显示。需要一片555定时器若干电阻、电容，构成多谐振荡器，然后用555定时器组成多谐振荡器电路产生10秒脉冲驱动扬声器和LED，以此来产生报警信号。用两片74LS192级联实现100进制计数，其中第一片74LS192的进位溢出接到第二片74LS192的计数端，把第二片的进位溢出接到由555定时器构成的多谐振荡器的输入端，当计数达到99后由于第二片进位溢出从而触发由多谐振荡器构成的电路，由其输出10秒的脉冲来驱动扬声器和LED产生报警，其中报警时间10秒有RC决定，经过计算要选择合适的电阻和电容。其中数码管的驱动电流大概为10mA左右，选择合适的限流电阻。电路结构框图如图1所示。图1电路结构框图4、方案论证4.1 74ls192和74ls247的引脚和功能（1）首先介绍74LS192的引脚和功能，如图2所示管脚1、9、10、15分别对应输入D0、D1、D2、D3，可以给这四个引脚接高电平或者低电平来实现置数；管脚2、3、6、7分别对应芯片的输出端，可以直接接7端数码管译码器；管脚4为减计数时钟输入端；管脚5为加计数时钟输入端；管脚8为接地端；管脚11为预置数输入端，并且为异步预置，接0时置数，用做加计数或减计数时，必须接1；管脚12为进位输出，1001状态后负脉冲输出；管脚13为借为输出，0000状态后负脉冲输出；管脚14为异步清零端，高电平有效；管脚16接电源。 表174LS192的逻辑功能表 图2 74LS192的管脚图 根据对电路分析可得，需要实现100进制计数，而74LS192计数器是十进制计数器，所以要用两片级联构成100进制。因此，需要第一片的第12管脚进位输出端接到时钟电路的第2管脚低触发端；第一片的借位输出端悬空；第一片第14管脚异步清零端接到第二片的异步清零端；将第二片的第12管脚进位输出端接到第一片的第5管脚加计数时钟输入端；第二片的第13管脚借位输出端接到第二片的第11管脚异步预置数输入端。从而实现两片74LS192的级联。 （2）显示电路主要由两个74LS247译码器和两个七段共阳极数码管组成,用来显示计数电路的输出。数码管分别接到两个译码器的输出端；每当按下按钮后，就会产生一个脉冲，经过译码器到达数码管后，数码管就能显示出相应的数字，能从0显示到99，到达99后，再来一个脉冲数码管就会变为0，红色LED开始报警，报警时间持续10秒。74LS247是一种BCD代码输入的四线-七段译码器，下面先介绍74LS47的引脚及功能。它的管脚排列如图3所示。管脚1、2、6、7表示显示译码器BCD代码的电平输入端；管脚9、10、11、12、13、14、15表示输出的7位二进制代码,可以直接接7端数码管，并规定用1表示数码管中线段的点亮状态，用0表示线段的熄灭状态；管脚3表示灯测试输入端，当它为0时，便可使被驱动数码管的七段同时点亮，显示8字，以检查该数码管各段能否正常发光。平时应置/LT为高电平。管脚4为灭灯输入/灭零输出端，这是一个双功能的输入/输出端，当它用作输入端使用时，称为灭灯输入控制端。只要加入灭灯控制信号/BI=0，无论管脚1、2、6、7的状态是什么，定可将被驱动数码管的各段同时熄灭，当/BI=1时，显示器各段才根据输入译码输出；当它作为输出端使用时，成为灭零输出端，为相邻位提供灭零输入信号。管脚5表示灭零输入，可以把不希望显示的零熄灭，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。将灭零输入端和灭零输出端配合使用，即可实现多位数码显示系统的灭零控制。管脚8为接地端；管脚16接电源。 表2 74LS247七段显示译码器的真值表 图3 74LS247管脚图 分别将两片74LS247译码器的输出端接到两片七段共阳极数码管的输入端，74LS47输入端接74LS192的输出端。两片74LS247译码器与两片七段共阳极数码管之间各接一个阻值为330的电阻，起到保护数码管的作用。4.2 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4所示图4 数码管共阳极接法4.3 555定时器的连接报警电路主要由555定时器、红色发光二极管、蜂鸣器和若干电阻、电容构成，555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能很方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。双极性CB555由比较器C1和C2、SR锁存器和集电极开路的放电三极管TD组成。555定时器能在很宽的电源电压范围内工作，并可以承受较大的负载电流。双极性555定时器的电源电压范围为5-16，最大的负载电流达200mA。555定时器的管脚排列图如图5所示。管脚1表示接地端；管脚2表示低触发端；管脚3表示输出端；管脚4表示是直接清零端，当接低电平，则电路不工作，此时不论TR、TH是高电平还是低电平，电路输出为“0”，该端不用时应接高电平；管脚5表示电压控制端，若此端外接电压，则可改变芯片内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰；管脚6表示高触发端；管脚7表示放电端，该端子与放电管的集电极连接在一起，可以作为定时器电容的放电。管脚8表示接电源。 图5 555定时器的管脚图 图6 时钟电路原理图如图6所示电路中，电路的振荡周期为T=T1+T2=(R1+2R2)C ln2，振荡频率为f=1/T=1/(R1+2R2)Cln2,Vcc=5v可以满足对输出脉冲幅度的要求,，由式T=(R1+2R2)Cln2=1，ln2=0.69，取电容C=100uF代入上式得，R18、R17分别90k和330，经过计算在占空比符合要求的同时，算得的数据也在误差允许的范围内。当电路进行仿真时，当计数器达到99时，这时LED开始发光报警，这个过程维持10秒左右。5、电路设计首先根据前面所述74LS192的功能，将两片74LS192连成一百进制计数器，使输出能显示从0到99，并且具有清零功能；其次根据计算分析的结果为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值连接；再次根据74LS247的功能，分别将两片74LS247连接到两片74LS192的相应端口，然后将两个七段共阳极数码管分别于两片74LS247相连，按照总体电路图在仿真软件proteus上一一选择芯片并进行连接，通过按钮产生脉冲，计数达到最大99时，电路开始报警，报警时间为10秒，同时伴随着二极管发光。6、电路仿真进入仿真状态后，当按动脉冲开关时，数码管可以显示00至99之间的所有数值，当数码管显示99时，LED灯发光，并且持续亮10秒，所以电路的设计是正确的。如图7所示是电路仿真图。图7 电路仿真图7、制作及调试过程在安装器件之前，首先要按照清单检查有无缺少器件，然后按照图开始安装器件，特别要注意不能把芯片装反然后开始焊接，要搞清楚各个芯片的引脚，再根据芯片内部引脚图接线焊接，焊的时候要非常小心，因为有的地方线非常细，一不注意线就容易断，还应尽量避免虚焊。焊好之后，按照电路图逐一检查电路有没有漏焊的问题，接下来用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。在线路没有问题的情况下连接电源调试，之后用电源逐个模块进行检查。加入电压后，电路不能正常工作，然后就开始检查，最后发现有几根线在焊接的时候被焊断了，经过一上午的调试终于可以正常工作了。8、结论电路进行仿真后，能够满足设计的要求，利用两片74LS192级联构成计数电路，用两片74LS47和两个七段共阳极数码管构成显示电路，用555定时器和红色LED构成报警电路。经过仿真，我们得到计数能从0到99，将计数电路的输出与显示电路的输入相连，数码管就能显示出输出的数字；利用555定时器、电阻、电容来设计报警电路。经过仿真，并利用示波器观察波形，得到了一个多谐振荡器，其频率是1Hz；计数达到最大99后，红色二极管开始发光报警，时间为十秒，电路可以正常工作。同时通过本次实验，让我掌握了proteus软件，用其仿真电路原理。9、致谢在这1周的学习与实验中，我感觉有了很大的收获：首先，通过实验及查阅相关资料使自己对课本上的知识有了更深的掌握，更好的理解，使自己的理论知识与实际相结合， 同时实验也增强了我个人的动手能力。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。另外，针对设计中出现的问题，通过查资料和请教老师，得到解决后，更增加了自己设计的信心。实际与理论同样重要，这次课程设计对我无论是以后的工作还是学习都有莫大的帮助。在将原理图导入到万能板中，进行一项比较复杂的工作，就是布线了。在我一个新手看来布线是这次设计中比较复杂的，因为布线好像没有规律可寻，全部靠自己的经验，但是经过这次的实践，我深信将会为以后的课设研究打下一定的基础。致谢指导老师们：在实习中，我感受到了老师对学生的那种诲人不倦的精神，固定时间和课