倒计时计数报警器课程设计

成绩课程设计说明书题 目： 倒计时计数报警器设计 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： 专业班级： 指导教师： 2015年5月28日课 程 设 计 任 务 书设计题目倒计时计数报警器学生姓名所在学院电子信息与电气工程学院专业、年级、班设计要求：1、设计一个倒计时计数报警器；2、倒计时计数最大值为99，初始值可调，用数码管显示计数结果；3、倒计时达到0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；4、计数脉冲用按钮产生学生应完成的任务：设计出倒计时计数报警器电路图；对电路图功能进行Mulitisim仿真，用Alitum Designer 软件绘制出电路原理图和PCB图，制作PCB电路板，进行电路安装、焊接、调试，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 臧春华.电子线路设计与应用M.北京:高等教育出版社,2005.3 邱关源,罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社,2006.4 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,2012.5 谷树忠.Altium Designer教程-原理图、PCB设计与仿真M.北京:电子工业出版社,2010.工作计划：5月18日-5月19日，利用Multisim软件完成电路功能仿真；5月20日-5月22日利用Altium Designer软件完成电路原理图设计和PCB板设计；5月25日-5月28日完成PCB板制作、电路安装与调试工作；5月29日，提交课程设计报告。任务下达日期：2015年5月18日任务完成日期：2015年5月29日 指导教师（签名）： 学生（签名）：倒计时计数报警器摘 要: 设计了一个倒计时计数报警器电路，该电路可以实现倒计时报警的功能，并且倒计时的数值可调。该电路主要由四部分组成，第一部分是触发电路，用按键和一片74LS00实现；第二部分是可调计数部分，用到的芯片是2片74LS192N和2个拨码开关；第三部分是显示部分，用2片74LS47和2个共阳极数码管实现；第四部分是报警电路，用555定时器和蜂鸣器及LED发光二极管实现。经过Multisim软件的仿真测试，该电路可以实现预期功能。本次设计利用Alitum Designer 软件对电路进行了原理图设计和PCB设计，最后进行PCB制板及元件的安装调试，调试结果与仿真效果一致。关键词：倒计时计数报警器；555定时器；数码管；电路仿真；PCB目 录1. 设计背景11.1数字电路的定义与组成11.2时钟电路的作用及基本构成12.设计方案12.1设计的流程12.2设计方案一22.3设计方案二22.4 两者的比较33. 方案实施33.1电路设计3（1）计数与显示部分3（2）定时报警部分4（3）整体电路图43.2用Alitum Designer 09 设计出原理图53.3 PCB电路板的设计63.4电路板的初步制作73.5电路板的焊接73.6电路的调试74. 结果与结论84.1计数报警器工作情况85. 收获与致谢86. 参考文献87. 附件91. 设计背景1.1数字电路的定义与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。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。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，又叫数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。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。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。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。1.2时钟电路的作用及基本构成单稳态太触发电路电路是数字电路系统中的重要组成部分，它属于一种控制电路，用单稳态触发电路控制脉冲时间。单稳态触发电路包括电路的连接以及脉冲时间控制。比如本设计用的555单稳态触发电路。设计电路时，应根据设计的要求首先确定脉冲时间，通过调节R,C来产生相应的脉冲。2.设计方案2.1设计的流程触发计数报警显示图2.1 设计方案图如图2.1所示流程图，首先通过四角按键给电路一个输入信号然后，计数器从00开始计时，数码管进行显示数字，当计数器记到数字99时LED发光并且蜂鸣器开始工作，进行报警，继续触发则从00开始重新计时。2.2设计方案一 由于加法进位输出信号为低电平，即当第一片的数值为9时，产生进位输出信号0，不为9时输出为1，加法计数需要上升沿脉冲，因此可将第二片的加法输入端与第一片的加法输出端相连接，当第一片数值为9时，第二片的加法输入端为0，再来一个脉冲则第一片输出为1，对于第二片来说，相当于来了一个上升沿因此数值加一，因此可将第一片和第二片的引脚15、1、10、9接低电平，引脚11、4接高电平，将第一片的引脚12与第二片的引脚5可产生0-99的数值变化。显示部分可由74LS47和共阳极数码管组成。根据555定时器构成单脉冲触发器的原理可设计产生一定宽度的脉冲信号，脉宽宽为T=1.1RC因此要想设计生10秒的脉宽，可设定电阻为91K，电容100UF。根据其原理要想在99时产生报警，则需要在99时在TRI处有一个下降沿，且在脉宽时间内来一个高电平，因此可将第一片与第二片的74LS192的进位输出经过或门与TRI相连接。将555定时器的输出端与两片74LS192的CLR端相连接。2.3设计方案二由于74LS192在加法运算时需要将DOWN端接高电平，利用这一点，可以将两片74LS192以并联的方式相连接来产生0-99的数值变化。其方法是将第一片74LS192的进位输出端经过非门与第二片的74LS192的DOWN端相连接，进位输入端与第一片一起接按键。其余的则与方案一的相同的连接方式。显示部分可由74LS47和共阳极数码管组成。由于第二片74LS192为9时，第一片74LS192为9时输出进位信号才为低电平，所以555定时器部分只需要将第二片74LS192的进位输出信号接入到555定时器的TRI端即可。2.4 两者的比较方案一计数部分采用串联的方式将两片74LS192相连，而方案二采用并联的方式。由于在实际的电路中串联的方式会不能很好的实现其功能，而并联的方式可以，因此采用并联的方式，所以采用第二种设计方案。3. 方案实施3.1电路设计（1）计数与显示部分图3.1.1 计数与显示图如图3.1.1所示，每按一次按键就会产生一个上升沿加在两片74LS192上，开始时为00，来第一个脉冲后变为01，第一片的进位输出信号为1，反相后变为0加在第二片74LS192的引脚4上，第二片不工作，因此上升沿的脉冲对其无影响，一直到按第十次的时候，数值为09，第一片输出信号为0，经过反相后为1,加在第二片的4引脚上，第二片有了的4引脚有了一个高电位，芯片正常工作，再按下一次的时候，第二片与第一片同时接收到了上升沿信号，因此第一片变为0，第二片变为1，数值为10.以后得分析同上。（2）定时报警部分图3.1.2定时报警电路图 如图3.1.2所示将TRI端接入第二片的74LS192的进位输出端，当数值为99时555定时器的输入端为下降沿输出由0转为1，经过电容充电，当THR端的电压充到三分之二的VCC时，输出变为0，充电时间为1.1RC=10秒。在输出高电平期间，二极管会发光，蜂鸣器会响，10秒钟后，由于电路输出为0，则停止报警。 （3）整体电路图图3.1.3整体的电路图如图3.1.3所示计数部分产生0-99的数值变化，数码管和74LS47配合使用显示数值，其中74LS47的输入端接在74LS192的输出端。定时报警部分的输出与两片74LS192的CLR端相连，当555定时器输出为高电平时，反馈到CLR端，计数部分恢复到00，报警结束后电路正常工作。3.2用Alitum Designer 09 设计出原理图 设计的原理图如图3.2所示，在设计原理图的时候要特别注意元件是否有封装，封装是否正确，如果没有封装，则需要自己制作。本设计全部采用针脚式封装，数码管要采用共阳极的横排引脚的封装。图3.2 原理图3.3 PCB电路板的设计设计的PCB电路图如图3.3所示，设计电路板用的板子的大小为50mm*100mm的单层板子，且板子上的孔很多，在布线时要注意要尽量减少跳线。此PCB板没有跳线。 图3.3 PCB 电路图3.4电路板的初步制作将用Alitum Designer 09 设计的电路图用转印纸打印出来后通过热转印机转印到板子上，再用盐酸与双氧水混合液进行腐蚀，最后进行钻孔。3.5电路板的焊接按照原理图极其所设计的电路板将原件正确放置后，用焊锡丝将其焊接完好，焊接的过程为，先将焊锡丝放在要焊接的地方，用焊烙铁加热焊锡丝使其熔化，在撤去焊锡丝，再撤去焊烙铁，焊接的结果如图3.6所示。图3.4 电路板的焊接3.6电路的调试电路焊接好后要对其进行调试看其是否正常工作，如不能正常工作，则需要用万用表对其进行检查，检查转印的电路板是否有断线情况，焊接点是否有虚焊以及焊接时是否有焊点相连的情况。实物图如图3.7所示。图3.5 实物电路4. 结果与结论4.1计数报警器工作情况图4.1工作状态在完成一系列的工作之后，计数报警器部分功能没有实现，其中一个数码管只显示偶数，初步认为是由于电阻较小导致按下一次开关输入两次脉冲，从而跳过了奇数的显示。 5. 收获与致谢在本次的课程设计中我收获了许多，不同于平常上课讲些理论的东西，这次课程设计我需要结合实际，而且还要把各个科目的东西都综合运用起来，很好的考验了我们的综合能力。通过这次的课程设计我深深的认识到了自己的不足，学习的知识还远远不够，动手能力还有待于提高。更重要的是这次的课程设计激发了我学好各个科目的愿望，我想我会在接下来的学习中更加努力、认真。而且在这个过程中，每一步都需要认真仔细，并且需要反复的修改，否则就不能进这次的课程设计很好的进行下去因此也培养了我耐心细致的品质。这次课程设计我还要感谢我的同伴的支持以及她们的不懈努力。6. 参考文献1 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. 2 邱关源，罗先觉.电路（第五版）M北京：高等教育出版社，2006.3 谷树忠，刘文洲，姜航. Alitum Designer教程M北京：电子工业出版社，2010.7. 附件表7.1元件清单型号数量及规格74LS19274LS47555定时器电阻电容四角按键蜂鸣器共阳极