倒计时报警器电路设计.doc

.成绩课程设计说明书题 目： 倒计时报警器电路设计 课程名称： 数字电子技术 学 院: 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 201102010063 专业班级： 自动化2011级2班 指导教师： 侯 君 2013年 6 月.课 程 设 计 任 务 书设计题目倒计时报警电路设计学生姓名殷世梅所在学院电子信息与电气工程学院专业、年级、班自动化2011级2班设计要求： 1、设计一个倒计时报警电路； 2、倒计时的时间范围为199秒，并且倒计时时间可调； 3、当倒计时时间结束时，电路发出光报警信号，报警时间长度为5秒，报警信号用红色 LED表示。学生应完成的任务：设计倒计时报警器的工作原理，并利用Multisim软件进行电路仿真。利用DXP软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。根据设计原理对电路进行安装调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。参考文献：1 童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005.2 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术M.北京：北京大学出版社，2012.3 邱关源，罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5 谷树忠 , 刘文洲 ,姜航.Altium DesignerM.北京: 電子工業出版社，2010.工作计划：5月27号30号(上午)完成原理图的设计；5月30号(下午)31号进行PCB设计；6月3号4号制作PCB板；6月5号7号电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期: 2013 年 5 月 27 日任务完成日期: 2013 年 6 月 7 日 指导教师（签名）： 学生（签名）：倒计时报警电路设计摘 要：设计制作了一个倒计时报警器控制电路，该电路倒计时的时间范围为199秒，并且倒计时时间可调;当倒计时时间结束时，电路发出光报警信号，报警时间长度为5秒，报警信号用红色LED表示。控制电路主要由：555定时器、十进制可逆计数器74LS192、共阳极驱动器74LS47、共阳极数码管、四输入与非门74LS00、拨码开关等组成。555定时器构成多谐振荡器，产生振荡周期为1秒的时钟信号；74LS192构成十进制计数器，并对时钟信号进行计数；74LS47可以将输入的BCD代码译成共阳极数码管所需的驱动代码。关键词：555定时器；计数器；译码器；数码管；电路仿真 目 录1 设计背景11.1 Multisim 10的定义及对PCB的认识11.2 了解数字电路系统和数字电路的定义和组成12. 设计方案 12.1 任务分析12.2 方案论证23. 方案实施 23.1 原理图设计23.2 仿真电路43.3 PCB板制作53.4 安装与调试 54. 结果与结论65. 收获与致谢66. 参考文献77. 附件77.1 电路原理图 77.2 PCB布线图87.3 实际电路图87.4 元器件清单 91. 设计背景1.1 Multisim 10的定义及对PCB的认识Multisim是一款专门用于电子线路仿真与设计的END工具软件。Multisim 10是一个完整的集成化设计环境，他将计算机仿真和虚拟仪器技术完美的结合在一起，为电子线路的仿真和设计提供了良好的环境。 PCB不仅仅是固定或装配各种电子零件的基板，更重要的是实现各种电子元器件的电气连接或电绝缘，提供电路要求的电气特性（特性阻抗等）。可以这么说印制电路板是当今电子技术应用系统中不可替代的重要部件。其中最常用的是图件放置、放置导线、移动元件、查找、编辑、自动布线或手动布线等操作方法。1.2 了解数字电路系统和数字电路的定义和组成数字电路是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。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。2. 设计方案2.1 任务分析根据课程设计要求知，倒计时报警器是由555定时器、两个500的电阻和一个22nF和一个1uF的电容一起构成的时钟周期发生器，为电路提供时钟信号，支持整个电路的连续工作；用拨码开关控制着电路的倒计时时间， 74LS192计数器和74LS47共阳极驱动器的组成，用以驱动发光二极管正常工作，同时74LS192计数器的输出端经过另一个555定时器产生时钟电路，从而控制蜂鸣器及发光二极管循环工作。2.2方案论证在倒计时报警器电路中，需要体现的是电路的循环功能，由555定时器、2个48K的电阻和一个22nF、一个1uF的电容一起构成的时钟周期发生器，为电路提供时钟信号。驱动电路采用74LS192计数器和74LS47共阳极驱动器来实现，最终在让蜂鸣器及发光二极管上显示输出结果。电路结构框图如图1所示。计数器译码器显示输出端时钟发生器 图1 电路结构图3. 方案实施3.1 原理图设计1、 时钟电路设计555集成时及电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。555定时器的1端接地,4端和8端接电源，5端通过1uF的电容接地，2端和6端接在一起，并通过R2接7端、通过电容C1接地，这样便构成了时钟脉冲。555定时器的逻辑符号图，如图2所示。 图2 555定时器的逻辑符号图 由555集成定时器构成的多谐振荡电路如图3所示。 图3 555集成定时器构成的多谐振荡电路2、 定时电路设计由74LS192计数器和74LS47共阳极驱动器组成,用以驱动数码管显示不同数据，并且在时钟电路的控制下蜂鸣器及发光二极管循环工作。原理：把555定时器的输出端接74LS192计数器的加数计数器输入端，将74LS192计数器的输出端分别接74LS47共阳极驱动器的输入端，再把74LS47共阳极驱动器的输出端分别接数码管。同时74LS192计数器的输出端接另一个555定时器的输入，555定时器的输出接发光二极管及蜂鸣器的输入，使电路循环工作。74LS192的引脚图与功能表分别如图4、5所示。 图4 74LS192的引脚图图5 74LS192的功能表3、 输出及报警电路设计输出电路由数码管、发光二极管及蜂鸣器组成。当数码管显示器由99倒计时到0时，二极管发光，同时蜂鸣器响，二者每次工作时间均为5秒。如图6，图7所示。 图6 数码管 图7 发光二极管及蜂鸣器LED产品的种类繁多，有共阴极电路，还有共阳极电路。本次主要采用共阳极电路。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子和多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少说载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式导致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。3.2 仿真电路在各单元电路设计的基础上，按照总体电路图在仿真软件Multisim上选择与之对应的芯片并连接好电路图，然后闭合开关。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，然后打开Multisim的开关，根据发光二极管的闪烁情况及蜂鸣器响的时间判断电路是否正常。通过仿真，我们的电路原理图无误，可以制板。仿真图如图8所示。 图8 电路仿真图用555定时器构成的多谐振荡器的电路发光二极管的理论发光时间以为五秒，可能因为误差，二极管发光时间，及报警起的报警时间小于5，然后循环工作。根据仿真结果可知电路原理无误，可以进行PCB板布线。 3.3 PCB板制作在PCB上作出与Multisim对应的图形。在PCB制板前要先检查电路图中各个元件的封装是否符合标准，因为对于同一个元件可能又多种封装方式，故封装时要根据所给元件的类型选择合适的封装对各个元件进行封装。封装完成后，把原理图导入PCB板，导入时要进行设置电路板的大小，焊盘大小以及各部分到线的粗细。导入PCB板后，再对元件的位置重新手动摆放，使尽量较少的线重叠，以减少布线时的跳线出现，最后进行手动布线。3.4 安装与调试在安装时，我们要根据仿真电路板检查发光二极管，电容及各芯片有没有插反，如插反需及时调整。然后安装好所有的芯片和电路原件后，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。我们在安装过程中也遇见了芯片插反、引脚没焊好问题，可能是因为第一次动手做，没有理清思路的原因。发现问题后我们也极时与以调换。4. 结果与结论由于设计问题，结果并不十分理想。元件布局也不是很合理，导致外接导线有些多。经安装与调试发现发光二极管及蜂鸣器都能工作，但数码管不显示数值，误差有点大。只是最后设计出的电路不能够实现预期的工作，导致前功尽弃，故而我们以后要多动手，培养社会实践能力。通过这次设计，让我们不仅对倒计时报警器有了一定的了解，还加深了我们对Multisim 及PCB软件的应用有了进一步的认识。更让我意识到课上所学的东西是有限的，只有通过不断动手试验才能掌握更多的知识，我还对PCB板的焊接更加的的解，对器件的选择也有或浅或深的认识思维的方式真是受益匪浅。我们认识到了对数电这门课的掌握理、了解及运用实践能力还需提升。也增加了同学间的互动与合作。了解了自己的不足，有助于我们更好的学习数电知识，为以后的路开辟更广阔的天空。得出的结论：倒计时报警器的设计有利于我们初步学习者，它是一门很好的课程设计。5. 收获与致谢这次课程设计使我认识到了自身的缺点和不足,也变得细心严谨，思想开阔，追求做每件事更加的完美。增强了我对学习认真踏实程度。在这次课程设计中，我也学到了很多书本上没有的知识，同时对数电这门课有了更深的了解。这次课程设计让我受益匪浅，在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,锻炼了我们的动手操作能力。从做设计以来，我不仅对专业有了更深的了解，而且开阔了我的视野，明白了更多的知识。增加了我们学习的积极性。同时也让我明白了如何活用书本知识，理论结合实践。学会了发现问题，提出问题，分析问题，解决问题的能力。这些也将对我以后学习和人生产生深远的影响。本次设计我要感谢和我一同奋斗的同学，以及那些给与我帮助的朋友，也感谢老师这两周对我的耐心辅导，以及提出的宝贵意见，感谢他们提供的良好环境，使我在设计中减少了许多不必要的麻烦，少走了不少弯路。在这里我表示由衷的谢意，真的很谢谢你们！6. 参考文献1 童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005.2 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术M.北京：北京大学出版社，2012.3 邱关源，罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5 谷树忠 , 刘文洲 ,姜航.Altium DesignerM.北京: 電子工業出版社，2010.7. 附件7.1 电路原理图 电路原理图如图9所示。 图9 电路原理图 7.2 PCB布线图PCB布线图如图10所示。 图10 PCB布线图 7.3 实际电路图 安装与调试的实际电路图，如图11所示。 图11 安装与调试图7.4元器件清单元器件清单如表1所示。表1 元器件清单名称功能个数共阳数码管,单个 5mm274LS192可逆十进制计数器2555定时器定时274LS47共阳驱动器2电阻50031001电容22nF11uF2100UF174