数电课设定时显示报警电路

目录 1 设计思路 3 1 1 原理介绍 3 1 2 步骤介绍 4 1 3 设计思路 4 2 电路模块与仿真 5 2 1时钟脉冲模块仿真图 5 2 2 时钟脉冲模块设计与分析 6 2 3 计时模块仿真图 7 2 4 计数模块设计与分析 7 2 5 显示模块的仿真 9 2 6 显示模块的设计与分析 9 2 7 报警模块的仿真 10 2 8 报警模块的分析与设计 11 2 9整体电路仿真 12 3 硬件电路 13 3 1 硬件焊接图 13 3 2 原件清单 14 4 结果分析 15 5 心得体会 16 摘要 本次课程设计需要的电路为可预置的定时显示报警电路 它是一种可以根 据我们需要 设置其预制报警时间的报警器 其使用范围较广 其一般流程为 首先可以进行预置报警时间 然后计时电路模块计时到预定时间 时间结束 后声光报警模块发出报警信号 主要利用一些集成芯片 触发器 计数器 译 码器 显示器 逻辑门电路等一些芯片构成 关键词 时钟脉冲 计数器 显示电路 报警模块 1 设计思路 1 1 原理介绍 可预制的定时显示报警电路 在本电路设计中 一共分为四个模块 首先是时 钟脉冲模块 其作用是给后面的计时芯片提供时钟信号 本次采用的是555芯片 将555芯片连接成多谐震荡电路 根据设计要求 设置不同的电阻电容值使得 输出的脉冲周期为1秒 让计数器每次计数的时间间隔为1秒 本次电路设计的 第二个模块是计时芯片 所用为74LS90芯片 它可以产生0到30进制的计数 计 数电路由两块74LS90芯片构成 当最大预制时间为30秒时 两个芯片分别连接 成三进制 十进制 十位芯片的时钟信号由个位芯片进位信号提供 当个位记 满一圈后产生进位信号 将Qd的输出接入到十位的时钟 当十位达到0011时即 记满30秒 将低两位的高电平信号输入到90芯片的清零端 两块90芯片的清零 端连接在一起 即可实现同时清零 则计数30秒完成 第三个模块为计数显模 块 计数显示模块有两块4511译码器和2块共阴极数码管组成 将计数器的Qa Qb Qc Qd依次接入到译码器中 则在计数过程中 数码管会显示工作时间 第四个模块为报警模块 报警模块有D触发器和蜂鸣器组成 本电路采用D触发 器为上升沿触发 其输入端直接接高电平 当计数器记满30时十位输出为0011 将两个高电平的输出接入一个与门后作为一个时钟信号给D触发器 这时候就 会有一个上升沿信号 从而使D触发器的输出为高电平 而蜂鸣器的负极接地 这样 当计数到预制时间时 蜂鸣器就会报警 实验预制报警功能 1 2 步骤介绍 1 根据设计要求分析电路思路 2 画出符合设计要求的电路图 3 用仿真软件仿真电路 查看输出结果 4 根据电路图焊接电路板 5 实物调试 并对结果进行分析 6 完成设计并写出心得体会 1 3 设计思路 显示电路 计数器时钟脉冲信号 报警模块 2 电路模块与仿真 2 1时钟脉冲模块仿真图 图2 1 时钟脉冲 2 2 时钟脉冲模块设计与分析 时钟脉冲模块是给计时芯片提供一个时钟脉冲信号 使其能够完成周期为1 秒的计数 本电路我们使用的是555定时器所构成的多谐振电路来进行发出时钟 脉冲 555定时器内部比较器灵敏度较高 而且采取差分电路形式 用555定时 器组成的多谐振振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小 555定时器是一种集模拟 数字于一体的中规模集成电路 其应用极为广泛 它不仅用于信号的产生和变换 还常用于控制和检测电路中 本实验所需的 时钟脉冲周期为1秒 则有 电容器C放电所需时间为 t1 R1Cln2 当放电结束后 电容器C充电所需时间为 t2 R1 R2 Cln2 则一个充放电周期为T t1 t2 0 98 S 其振荡频率为 12 1 43 2 f RR C 在555产生的时钟脉冲后面 接有一个运算放大器 放大脉冲信号的电压 555输出的电压较低 在电路中的高低电平不易区分 且在报警电路中需要较高 电平才能使其发声 放大电路原理为 Vo R Vi 2R Vi 2Vo 则在经过放大器的放大作用后 输出电压能够达到原来的两倍 这样可以 消除因555触发器输出电压较低而带来的影响 使得后面的输入输出的高低电平 正常 2 3 计时模块仿真图 图2 3 计数模块 2 4 计数模块设计与分析 该计数显示模块所采用的是74LS90计数芯片 该芯片的基本的连接如下方所示 通过不同的连接方式 74LS90可以实现四种不同的逻辑功能 而且还可借助R0 1 R0 2 对计数器清零 其具体功能详述如下 若将CP2和QA相连 计数脉冲 由CP1输入 QD QC QB QA作为输出端 则构成异步8421码十进制加法计数 器 清零 置9功能 异步清零 当R0 1 R0 2 均为 1 S9 1 S9 2 中有 0 时 实现异步清零功能 即QDQCQBQA 0000 在本电路中 需要30秒计数 两个90芯片个位采用的是十进制 十位采用的是 三进制 在连接的时候 个位芯片的时钟信号是由555触发器产生的1Hz的方波 脉冲 当个位的芯片计数到十 QD QC QB QA的输出端则为1010 将输出端Q D的电平送到十位的时钟信号输入端 由于该芯片是下降沿触发 所以个位芯片 的计数由十变一时 就会有下降沿产生 作为一次进位信号 在清零方面 将 两个芯片的清零端R0 1 R0 2 分别接在一起 当计数到30时 十位输出为001 1 将两个高电平分别送入两个90芯片的清零端 使计数器清零 从而达到预制 30秒的效果 2 5 显示模块的仿真 图2 5 显示模块 2 6 显示模块的设计与分析 显示部分由两块4511芯片和两块共阴数码管组成 4511的部分功能如下所示 D 4511 是一片 CMOS BCD 锁存 7 段译码 驱动器 其中a b c d 为 BCD 码输入 a为最低位 LT为灯测 试端 加高电平时 显示器正常显示 加低电平时 显示器一直显示数码 8 各笔段都被点亮 以检查显示器是否有故障 BI为消隐功能端 低电平时使 所有笔段均消隐 正常显示时 B1端应加高电平 另外 CD4511有拒绝伪码的 特点 当输入数据越过十进制数9 1001 时 显示字形也自行消隐 LE是锁存控 制端 高电平时锁存 低电平时传输数据 a g是 7 段输出 可驱动共阴LED 数码管 另外 CD4511显示数 6 时 a段消隐 显示数 9 时 d段消隐 所以显示6 9这两个数时 字形不太美观图路 BI 4脚是消隐输入控制端 当BI 0 时 不管其它输入端状态如何 七段数码管均处于熄灭 消隐 状态 不显示数字 LT 3脚是测试输入端 当BI 1 LT 0 时 译码输出全为1 不 管输入 DCBA 状态如何 七段均发亮 显示 8 它主要用来检测数码管是否 损坏 LE 锁定控制端 当LE 0时 允许译码输出 LE 1时译码器是锁定保持 状态 译码器输出被保持在LE 0时的数值 A1 A2 A3 A4 为8421BCD码输 入端因此在本电路模块中 4511芯片与两位7端共阴数码管相连接 达到显示计 数的目的 2 7 报警模块的仿真 图2 7 报警模块 2 8 报警模块的分析与设计 报警模块就是当计数达到预制数的一刻 报警模块会发出声或光的报警信号 在本电路的设计中 当记满30秒时 十位的74LS90芯片的输出端为0011 将两 个高电平输出通过74LS08芯片与门 则输出为一个高电平 将此个输出的高电 平接入到74LS74的D触发器的时钟信号的输入端 74LS74芯片是一个上升沿触发 的D触发器 则当十位计数到0011时 两个高电平将经过与门将产生一个上升沿 的脉冲信号 使D触发器的输入信号输出 在电路中 D触发器的输入端始终接 到高电平 因此 当上升沿到来时 高电平的输入信号就会输出 而用于报警 作用的蜂鸣器正端接D触发器的输出 负端接地 当D触发器的输出端为高电平 时 蜂鸣器就会发出报警信号 从而完成预置报警功能 2 9整体电路仿真 图2 9 整体电路 将555芯片连接成多谐震荡电路 根据设计要求 设置不同的电阻电容值使得输 出的脉冲周期为1秒 可预制的定时显示报警电路 让计数器每次计数的时间间 隔为1秒 所用为74LS90芯片 它可以产生0到30进制的计数 计数电路由两块7 4LS90芯片构成 将低两位的高电平信号输入到90芯片的清零端 两块90芯片的 清零端连接在一起 即可实现同时清零 则计数30秒完成 数显示模块有两块4 511译码器和2块共阴极数码管组成 将计数器的Qa Qb Qc Qd依次接入到译 码器中 则在计数过程中 数码管会显示工作时间 报警模块有D触发器和蜂鸣 器组成 使D触发器的输出为高电平 而蜂鸣器的负极接地 这样 当计数到预 制时间时 蜂鸣器就会报警 实验预制报警功能 3 硬件电路 3 1 硬件焊接图 图3 1 硬件焊接 调试过程在焊接的时候一定要非常的注意不能出现虚焊和短接等情况 更 加要注意的是在条件允许的情况下 要检查每一个元件的好坏 这样更加能够 保证课设的顺利进行 在焊接完成后不要急于加电压 信号等进行操作 要检 查每个元件是否虚焊 是否正负反接 每个芯片的接高电平和接地是否有遗漏 整体的接线是否正确 在确定所有的工程都完成后 在进行实际的操作 就 是检验整个课设最终成果的时候 在检验与测试的时候 实验板并没有按照预 期的出现了正确或着说预期的实验效果 通过对实验板各个功能部件的调试 慢 慢的去发现问题和错误并及时改正过来 3 2 原件清单 555触发器一块 1uF的电容两个 470K两个 10K电阻三个 LM158一个 74LS90两块 共阴数吗管两块 4511译码器两块 74LS08一块 74LS74一块 蜂鸣器一个 4 结果分析 从以上的输出结果可以看出 无论是电路图的仿真 还是实际电路图的测试 都会产生一定的误差 在仿真图中 误差较小 而在实际硬件测试中 则会出 现较大误差 主要误差及产生原因有 555芯片产生的时钟脉冲 不能达到周期 为1秒的要求 这可能的原因是线路本身存在的影响 还有就是元器件的参数导 致 在计数达到预制时间时 产生的上升沿 信号可能不能有效的被D触发器接受 这都是线路本身存在的影响 还有就是达 到预制时间 报警电路不能立马工作 这是因为与门和D触发器对信号都有一定 的延时作用 不可消除 还有一个出现的问题就是可能D触发器已经输出了高电 平 但蜂鸣器没有发声 这可能的原因是输出信号的电压不够 不足以带动蜂 鸣器发声 因此在电路设计中 555输出的脉冲信号会经过一个运算放大器 放 大信号的电压 尽量的避免之类的问题 5 心得体会 通过这次课程设计 我体会到了许多 第一 在根据仿真图焊接电路板时 可能会遇到许许多多意想不到的问题 而 在遇到问题时 我们需要冷静的分析问题出在哪儿 一步一步的调试 最后你 就会找到问题的根源所在 在实践操作中 当看到那么多的集成块 当时真的 很恐惧 但是必须硬着头皮把它做好 在做秒信号电路的接线时遇到了很多困 难 不是接线没接好就是管脚接线错误 第二 理论和实际往往会有很大的差别 也许在理论上会能够得到很完美的运 行结果 但一运用到实际中 就会不一样了 好多电路要亲自调试一遍才弄得 清楚 所以以后我们所要学习的不仅仅只停留在理论上 我们需要多动手多实 践 这样才更有利于我们的发展 此次数电课程设计 我加深了对数电知识的理解 更知晓了一些芯片的灵活运 用 同时对自己的动手能力也有了一定的锻炼 通过这次对数字钟的设计 让 我受益非浅 首先深入的了解了设计电路的程序 同时加深了对芯片的了解及 其应用 将书本上面学到的知识和实际应用相结合 通过这次学习 让我对各 种电路都有了大概的了解 但是由于时间方面的原因 我们没有完全按照最