数电课设报告

精品文档 1欢迎下载 数电计数报警器课设报告数电计数报警器课设报告 摘要 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 关键词 555 定时器 计数器 触发器 译码器 数码管 1 1 课题设计背景 课题设计背景 1 11 1 了解数字电路系统的定义及组成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 21 2 掌握时钟电路的作用及基本构成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 2 设计任务目的和要求 设计任务目的和要求 2 12 1 设计任务 设计任务 设计一个到计数达 99 时报警的计数报警器 2 22 2 设计要求 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 精品文档 2欢迎下载 色 LED 表示 D 计数脉冲用按钮产生 3 3 设计方案选取 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 图图 1 1 电路结构框图电路结构框图 4 4 方案论证 方案论证 4 14 1 74ls19274ls192 和和 74ls24774ls247 的引脚和功能的引脚和功能 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 精品文档 3欢迎下载 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 表表 1 1 74LS19274LS192 的逻辑功能表的逻辑功能表 图图 2 2 74LS19274LS192 的管脚图的管脚图 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 精品文档 4欢迎下载 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 表表 2 2 74LS24774LS247 七段显示译码器的真值表七段显示译码器的真值表 图图 3 3 74LS24774LS247 管脚图管脚图 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 24 2 发光二极管的连接发光二极管的连接 精品文档 5欢迎下载 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 图图 4 4 数码管共阳极接法数码管共阳极接法 4 34 3 555555 定时器的连接定时器的连接 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 01 F 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 精品文档 6欢迎下载 图图 5 5 555555 定时器的管脚图定时器的管脚图 图图 6 6 时钟电路原理图时钟电路原理图 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 5 电路设计 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 6 电路仿真 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 精品文档 7欢迎下载 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 图图 7 7 电路仿真图电路仿真图 7 7 制作及调试过程 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 8 结论 结论 精品文档 8欢迎下载 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 9 致谢 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 固定时间和课余时间 老师给我们指导 使我们少走弯路 顺利完成实习 任务 在这里我真诚地感谢我的指导老师 最后再说一句 老师们