可预置的定时显示报警系统报告资料

沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 可预置的定时显示报警系统 系 别 信息工程系 班级 通信本101 学生姓名 陈兴卓 学号 15 指导教师 于源/秦宏 职称 讲师/副教授 起止日期：2012年6月11日起至 2012年6月21日沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 可预置的定时显示报警系统 系 别 信息工程系 班级 通信本101 学生姓名 陈兴卓/李龙见/邵帅/武文捷 学 号 15/34/18/43 指导教师 于源/秦宏 职称 讲师/副教授 课程设计进行地点： B419 任 务 下 达 时 间： 2012 年 5 月 25 日起止日期：2012年6 月11 日起至2012 年 6月21止教研室主任 曲延华 2012年 5 月 7 日批准可预置的定时显示报警系统1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）掌握可任意预置时间的显示报警系统的构成、原理与设计方法；（2）熟悉集成电路的使用方法。1.2 基本要求（1）设计一个可任意预置30秒的显示报警系统； （2）要求预置30秒减到0秒报警（也可预置0秒加到30秒报警）；（3）可控制的计数、锁存、译码、显示系统。1.3 发挥部分（1）双报警电路（启动与报时各报警一次）（2）单报警电路（到时报警一次）；（3）每隔5秒显示一次时间（30秒、25秒， ，0秒显示），系统能准确地预置和清零。2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向：（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12012.6.11布置课设题目讲解，分组打分22012.6.12开题答辩打分32012.6.13小组查找资料开始设计原理图打分42012.6.14仿真软件学习，绘制原理图打分52012.6.15仿真软件学习，绘制原理图打分62012.6.18完成原理图主体打分72012.6.19原理图仿真运行打分82012.6.20布置报告要求打分92012.6.21正式答辩打分102012.6.22上交报告打分沈 阳 工 程 学 院数字电子技术课程设计成绩评定表系（部）： 信息工程系 班级： 通信本101 学生姓名： 陈兴卓 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分I可预置的定时显示报警系统中 文 摘 要 随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，数码产品走向生活的各个方面，数字电子技术已经成为反映以及影响当今科技技术发展的重要技术，可以预见在当今以及未来相当长的一段时间内，数字电子技术将会扮演越来越重要的作用。同时掌握一定的数电知识直接决定我们未来的发展以及能走多远。而且在现实生活中运用模电数电知识设计的电子产品成为社会生活中不可缺少的一部分，特别是在一些限时，或者危险时刻，作为一个提醒的重要工具。在我们的学习、工作、生活中，报警器无处不在，然而要想将报警器发挥出更多更大的作用，就需要我们去探索，研究。本设计为可预置的倒计时30秒的定时显示报警系统，在倒计时结束之后报警器发声报警。采用555定时器构成的多谐振荡器产生高频脉冲信号，随后经过三个十进制分频器7490N分频成1HZ的脉冲信号，通过两个十进制计数器74LS190D，通过手控开关控制置数端设置成倒计时30秒的定时报警系统，在秒脉冲作用下，进行倒计数，依次倒数，用缓冲门缓冲数字信号，再经过两个数值比较器7485N，比较可逆计数器的个位和预置的0和5，使比较器相等时输出高电平，控制锁存器的使能端，从而达到秒个位为0或5的时候输出（即30秒,25秒，5秒,0秒），显示在显示器上，并在倒计时结束的时候发出报警。本设计的发挥部分主要是每隔5秒才显示（通过两个数值比较器设置秒个位为0或5），系统能够准确的预置和清零。 关键词 振荡器，分频，倒计时，报警目 录课程设计（论文）任务书.I课程设计（论文）成绩评定表中 文 摘 要III1 设计任务描述11.1 设计题目：可预置的定时显示报警系统11.2 设计要求11.2.1 设计目的11.2.2 基本要求11.2.3 发挥部分12 设计思路23 设计方框图34 各部分电路设计及参数计算44.1 振荡器模块44.2 分频器模块44.3 计数器电路模块54.4 锁存器控制电路模块54.5 开关电路模块74.6 报警电路模块75 工作过程分析85.1计时电路工作过程分析85.1.1秒信号产生模块工作过程分析85.1.2倒计时模块工作过程分析95.2 每隔5秒显示模块工作过程分析95.3 报警模块工作过程分析105.4 总工作过程分析116 元器件清单127 主要元器件介绍137.1 555多谐振荡器137.1.1 引脚图137.1.2功能表137.1.3工作原理及功能介绍137.2 十进制可逆计数器74LS190147.2.1引脚图147.2.2 功能表157.2.3工作原理及功能介绍157.3 集成数值比较器7485N157.3.1引脚图157.3.2 功能表167.3.3工作原理及功能介绍16小 结17致 谢18参考文献19附 录 A1 原理图20附 录 A2 运行截图21V1 设计任务描述1.1 设计题目：可预置的定时显示报警系统1.2 设计要求1.2.1 设计目的(1) 掌握可任意预置时间的显示报警系统的构成、原理与设计方法； (2) 熟悉集成电路的使用方法。1.2.2 基本要求(1) 设计一个可任意预置30秒的显示报警系统；(2) 要求预置30秒减到0秒报警（也可预置0秒加到30秒报警）；(3) 可控制的计数、锁存、译码、显示系统。1.2.3 发挥部分(1) 每隔5秒显示一次时间（30秒、25秒， ，0秒显示），系统能准确地预置和清零;(2)单报警电路（到时报警一次）。2 设计思路首先，经过对可预置定时显示报警系统的分析，我们所要设计的电路应包括这几个部分：（1）产生脉冲信号。为实现以秒为单位的定时，计数器工作需要CP脉冲信号，所以我们决定采用由555定时器组成的多谐振荡器产生1000HZ的高频脉冲信号，但是由于产生信号的频率过大，我们需要的是1HZ的脉冲信号来进行倒计时30秒，所以需要分频，分频电路运用的是由3个7490N芯片组成的三级十分频电路，将1000HZ的高频信号分成1HZ的脉冲信号。（2）经过可逆计数器进行倒计时。一般来说报警系统都是采用倒计时，所以我们决定采用两个十进制可逆计数器74LS190D完成此部分功能。一个控制秒十位，将ABCD四个输入端接入0011，表示十位是三，另一个控制秒个位，将ABCD四个输入端接入0000，这样，倒计时30秒即设计完成。（3）显示器显示倒计时时间，报警器发声报警。将计数器74LS190D的输出端接到DCD-HEX显示器上，便会显示出倒计时30秒。当计时达到要求后后需要发声报警，所以想到用比较器来实现，将计数器的输出与预置好数值的比较器进行比较，两数若相等的话就可以输出触发信号来激活报警器发出警报，当十位和各位都为零时，喇叭发声。这样，可预置的定时显示报警系统的基本要求部分就完成了，下面是发挥部分：基本电路是由30秒逐一减到1秒，现在决定让显示器每隔5秒显示一次时间，即30秒、25秒， ，5秒、0秒，这就需要用到锁存器和数值比较器来完成。我采用的是两个7485N数值比较器与秒个位相连，一个与5比较，即B3、B2、B1、B0分别接0101，另一个与0比较，B3、B2、B1、B0分别接0000，当计数器74LS190D输出个位为0 或者5的时候，经过一个或门74F32D，输出到锁存器74LS77W，如果满足要求，锁存器就正常输出，如果不满足，便停止输入，保存记忆，输出原来保持的数字，最后显示到显示器上。以上是可预置的定时显示报警系统电路的设计思路3 设计方框图 振荡器锁存器计数器计数器分频器锁存器显示器显示器比较器比较器报警器4 各部分电路设计及参数计算4.1 振荡器模块选用555定时器组成的多谐振荡器，其输出频率为（4.1）由于频率太小不能起振，而频率过大又需要过多的分频器，而且555定时器组成的多谐振荡器产生的频率在1000Hz左右非常稳定，我将频率定为1000Hz，使用电阻分别为R1=3K，R2=5.6K，C=0.1F,这样即得出设定的1000HZ频率。（如图4.1）。 图4.1 555定时器组成的多谐振荡器4.2 分频器模块此电路产生秒脉冲为计数器提供计数秒脉冲。分频电路运用的是由3个7490N芯片组成的三级十分频电路，将1000HZ的高频信号分成1HZ的脉冲信号，将第三个计数器的QD输出端接到计数器的脉冲端作为脉冲信号，即发挥了分频的作用（如图4.2）。图4.2 分频器电路4.3 计数器电路模块倒计时30秒采用的是两个十进制可逆计数器74LS190D级联组成30进制（如图4.3所示），第一个控制秒十位，将ABCD四个输入端接入0011，表示十位是，另一个控制秒个位，将ABCD四个输入端接入0000，表示个位是，并将置数端连接到外部可控开关，当倒计时开始时，通过开关给一个低电平从而实现从30秒开始倒计时。图4.3 计数器电路当分频器给它一个脉冲，计数器即开始工作，U/D端接低电平执行减数功能，为实现倒计时，那么就与低电平相连（由于需设计利用比较器控制锁存器来实现每隔五秒显示，信号在比较器一路被延时，故需在两计数器之间接两个非门起到缓冲作用）。4.4 锁存器控制电路模块为了能够达到每5秒在显示器上显示一次时间的效果，需要加上锁存器，在这里我用了74LS77这个器件，其实它就是一个4块D触发器的集成产品，在器件上有四个控制端分别用来控制4个D触发器的工作状态，因为D触发器是输入什么输出就是什么，所以四个控制端就分别控制四个D触发器的D端是否与外电路向连，从而达到读取存入输出与将储存数据输出两种状态，在这部分里通过比较器比较信号控制使其每5秒开通一次以储存一次并将存入数据输出给译码器从而达到显示30、25、20、15、10、05、00这几个倒计时点的目的（如图4.4）。图4.4 锁存器电路既然是每5秒显示一次，就需要比较器来控制锁存器何时开通何时关断，所以这个控制电路就需要每5秒对锁存器发出一个信号使其工作一次，也就是用两块比较器74LS85来比较秒个位计数器输出的信号是5还是0，然后将比较相等的结果时输送给锁存器要求存储数据（如图4.5），先在其中一块置数为5然后将另四个输入端接到秒个位计数器的四个输入端上这样每当秒个位到达5的时候就可以比较出一个相等的结果，利用这个结果作为信号送给锁存器当作开关信号，同理将另一块比较器先置数为0, 输出信号也是一个对锁存器有效的信号, 再送给锁存器要求存储数据，这样，就达到了每5秒显示一次的功能。图4.5 比较器电路4.5 开关电路模块控制倒计时开始我采用的是瞬时开关（如图4.6），一端连到+5V电源上来给与高电平信号，一端接到GND来给与低电平信号。设置点击空格键，将低电平信号给到计数器置数端即开始30秒倒计时，随时点击，随时恢复30秒。图4.6 开关电路4.6 报警电路模块报警模块采用的是声光提示报警，秒个位和秒十位都为零时，即倒计时结束，发声光报警。用一个与门74ALS08将秒十位和秒个位连接起来，左边连到秒十位计数器的输出端，连一个非门，右端练到与秒个位相连的比较器（与0相比较）的输出端。当两者相与输出为1时，即满足十位和个位都为0时，输送给喇叭一端高电平，另一端接地，喇叭发声，并且红灯亮。图4.7 报警电路5 工作过程分析5.1计时电路工作过程分析5.1.1秒信号产生模块工作过程分析首先采用555定时器组成多谐振荡器，产生1000HZ的高频脉冲信号，取R1=3K R2=5.6K C=0.1F，如图.所示。图5.1 555定时器组成的多谐振荡器由于我们需要的是1HZ的脉冲信号来进行倒计时30秒，所以需要分频，分频电路运用的是由3个7490N芯片组成的三级十分频电路，将1000HZ的高频信号分成1HZ的脉冲信号，如图.所示。图5.2 7490N组成的分频器5.1.2倒计时模块工作过程分析采用两个十进制可逆计数器74LS190D级联组成进制（如图.所示），第一个控制秒十位，将ABCD四个输入端接入0011，表示十位是，另一个控制秒个位，将ABCD四个输入端接入0000，表示个位是。其U/D端为加减计数控制端，当U/D端接高电平时，该计数器执行的是加计数器功能，当U/D端接低电平时，该计数器便执行减计数器功能，我们要求倒计时，所以接低电平。并将置数端连接到外部可控开关，当倒计时开始时，通过开关给一个瞬时低电平，计数器瞬时显示30，然后计数器开始执行倒计时，从而实现从30秒开始倒计时。由于需设计利用比较器控制锁存器来实现每隔五秒显示，信号在比较器一路被延时，需实现控制信号与输出信号同步，故需在两个计数器之间接两个非门，起到缓冲输出数据信号作用。图5.3可逆计数器74LS190D级联组成30进制5.2 每隔5秒显示模块工作过程分析基本电路是由30秒逐一减到1秒，现在决定让显示器每隔5秒显示一次时间，即30秒、25秒， ，5秒、0秒，这就需要用到锁存器和数值比较器。将两个7485N数值比较器与秒个位相连（如图5.4所示），一个与5比较，即B3、B2、B1、B0分别接0101，另一个与0比较，B3、B2、B1、B0分别接0000，当计数器74LS190D输出个位为0 或者5的时候，经过一个或门74F32D，即只要个位是0或5，就向锁存器输入有效信号，输出到锁存器74LS77W（如图5.5所示），如果满足要求，锁存器就正常输入，如果不满足，便停止输入，保存记忆，输出原来保持的数字，最后显示到显示器上。图5.3可逆计数器74LS190D级联组成30进制图5.4锁存器电路5.3 报警模块工作过程分析报警模块采用的是声光提示报警，通过几个或门将秒十位输出A、B、C、D连接起来，即当A、B、C、D输出均为0时或门输出有效高电平信号，再通过一个与门将十位或门输出信号与个位比较器比较为0时输出信号连在一起，输出给到蜂鸣器一端，故实现秒个位和秒十位都为零时，即倒计时结束，发声报警。用一个与门74ALS08将秒十位和秒个位连接起来，左边连到秒十位计数器的输出端，连一个非门，右端练到与秒个位相连的比较器（与0相比较）的输出端。当两者相与输出为1时，即满足十位和个位都为0时，输送给喇叭一端高电平，另一端接地，喇叭发声，并且红灯亮（如图5.5所示）。图5.5报警器电路5.4 总工作过程分析采用555定时器构成的多谐振荡器产生高频脉冲信号，随后经过三个十进制分频器7490N分频成1HZ的脉冲信号，通过两个十进制计数器74LS190D，通过手控开关控制置数端设置成倒计时30秒的定时报警系统，在秒脉冲作用下，进行倒计数，依次倒数，用缓冲门缓冲数字信号，再经过两个数值比较器7485N，比较可逆计数器的个位和预置的0和5，使比较器相等时输出高电平，控制锁存器的使能端，从而达到秒个位为0或5的时候输出（即30秒,25秒，5秒,0秒），显示在显示器上，并在倒计时结束的时候发出报警。6 元器件清单序号型号说明数量1555定时器127490N分频器3374LS190D计数器2474LS77W锁存器25DCD-HEX显示器267485N数值比较器27BUZZER发声报警187408N或门1974F32D与门210电容电容若干11电阻电阻若干12Key开关3137405N非门11474ALS27或非门17 主要元器件介绍7.1 555多谐振荡器7.1.1 引脚图图7.1 555定时器引脚图7.1.2功能表表7.1 555定时器的功能表 输 入输 出THTRR0QV的状态XX00导通2/3VCC1/3VCC10导通2/3VCC1/3VCC11截止2/3VCC1/3VCC1不变不变7.1.3工作原理及功能介绍用555定时器组成的多谐振荡器如图7.2(a)所示，接通电源后，电容C被充电，当Vc上升到2Vcc/3时，使V0为低电平，同时放电的三极管T导通，此时电容C通过R和T放电，Vc下降，当Vc下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。电容器C放电所需时间为t=0.7 RC （7.1）当放电结束时，T截止，Vcc将通过R、R向电容器C充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间t = 0.7 (R+R) C （7.2）当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图7.2(b)所示。（a） （b）图7.2 由555定时器组成的多谐振荡器电路图（a）电路图 （b）工作波形7.2 十进制可逆计数器74LS1907.2.1引脚图图7.3 74LS190引脚图7.2.2 功能表LDSU/DCPQD QC QB QA0XXX置数00XX保持111加计数110减计数表7.2 74LS190功能表7.2.3工作原理及功能介绍74LS190为一十进制可逆计数器，其U/D端为加减计数控制端，当U/D端接高电平时，该计数器执行的是加计数器功能，当U/D端接低电平时，该计数器便执行减计数器功能，LD为计数器的置数功能端，而且优先级高于计数功能，且LD是低有效，既当LD端接低时计数器便会执行置数功能，直接将由数据输入端D C B A输入的数据输出出去而不去进行进行计数功能，由表还可以知道，该计数器属于异步置数既不需要CP输入就可以进行置数。该计数器上升沿起效，即每个上升沿会进行一次计数。CO/BO为进位/借位信号输出端，若进行加计数器功能，则每加满一次进制就会在CO/BO端输出一高电平的进位信号，若进行减计数器工作，则每减够一次进制也会在CO/BO端输出一高电平的借位信号。7.3 集成数值比较器7485N7.3.1引脚图图7.4 7485N引脚图7.3.2 功能表表7.3 4位数值比较器7485N功能表输 入输 出A3 B3 A2 B2 A1 B1 A0 B0 IAB IAB FA B3 X X X X X XA3 B2 X X X X XA3= B3 A2 B1 X X X XA3= B3 A2= B2 A1 B0 X X XA3= B3 A2= B2 A1= B1 A0B IAB 和IA=B三端，所谓高位比较结果输入就是将A3 、B3之前数据大小比较结进来，因为I输入端的优先级高，若有大小关系出现时器件会跳过A与B数据的比较直接将结果输出来，只有在高位比较输入IA=B时器件才会对A B两组数据进行比较。小 结紧张的两周课程设计就这么过去了，回想起来，有太多的感触，太多的回忆。从一开始的手忙脚乱，一步一步，完成了设计。不知跑去了多少趟图书馆，不知上网百度敲了多久键盘，不知熬过了多少个夜晚，不知找过了多少遍老师然而却浑然不觉得累，我觉得这是一种学习，一种挑战。在刚刚拿到老师布置的题目（可预知的定时显示报警系统）时，真的是很茫然，不知从何下手，觉得这太神奇了，怎么可能设计出一个报警器？于是，我和小组的成员跑去图书馆，找了好多有关这方面的书籍，又上网下载了好多资料，便一头扎进资料里。我觉得，作为课代表，一定要给同学们做一个好榜样，身上担负了一种责任，这种责任更激励我认认真真的学习，设计。经过一天半宿的“奋战”，终于理清些了头绪，我们四个人，共同研究、讨论，开始了“课设之旅”。我们很庆幸于源老师提前好几周给我们发了multisim软件，让我们自学，这给课设带来了极大的方便，否则两周的时间我们真的很难完成课设题目。但是设计电路远比我们想象的要复杂得多，我们需要了解每个能够用到的芯片上各个管脚的原理、作用以及连接方式，搜集同一功能的芯片，进行比较，选取最合适的进行连接。第一周我们的任务是把基本要求部分连接完成并能运行，而当我连接好各个芯片以后，却发现运行不了，当时特别着急，但记得老师说过，设计电路并不难，难的是查找错误，并改正过来。的确，那么多元件，每一部分都要进行测试，求助了我们班一些男生，共同找错，通过我们的努力，电路终于能够运行了，当时真的非常激动。通过本次课程设计，使我加深了对所学理论知识的理解与巩固，并能将课本上的纯理论运用到实践当中去，我又学会了一种软件的使用，在设计电路过程中，对于各种芯片又有了新的认识，加深了理解，这不仅对于设计电路有帮助，还激发了对数电这门课程的兴趣，使我更向往研究。在课设这两周里，我深深感受到了同学们之间的情谊，那种团队精神的重要性。我们班有很多学生对电路研究的都很透彻，熟练的掌握了许多器件的原理和功能，帮助其他同学分析电路，查找错误，不只有多少个夜晚，他们都在为别人的电路忙碌着，确没有一丝怨言。我们是以小组为单位进行设计，共同查找资料，每个人都有不同的分工，我深深体会到了那种合作的乐趣。虽然在这两周里，我们有紧张、有疲惫，有欢笑、有泪水，但我乐在其中，我学到的东西太多了，远远不止设计成电路那么简单 ，在课堂或者在书本上都是无法切身感受到的，相信这些东西对于我以后的学习与工作来