数电课程设计 --八路数显报警器

1、数字电子技术课程设计报告八路数显报警器摘 要随着现代科技的发展，数字电子技术是一门非常重要的专业技术，人们对数码显示方面的要求也越来越高。在此次8路数显报警器的设计中，就综合了相关知识进行设计使其满足设计所要求的功能。特别是运用各类芯片的集成来使其减少各种各类的干扰。根据数字电子技术及模拟电子技术的相关知识，我们通过自己的努力，设计了八路数显报警器，在此次的设计过程中我们学到了如何去使用不同的芯片去实现我们所需要的功能，例如有74LS147译码器、74LS48编码器、4068 2输入与非门、555定时器等。这样的八路数显报警器系统可以应用到生活当中，为我们的生活带来很多的方便，通过这样的课程设

2、计，使我们将所学的知识运用到实践当中，使得我们的知识更加扎实。在将来的社会当中，这样具有科学技术的设计将随处可见。关键字：八路；报警；数码显示；555定时器；74LS147译码器；74LS48编码器目录第1章 设计任务与要求31.1 设计课题31.2 设计要求3第2章 总体方案的设计42.1设计方案42.1.1 方案说明42.1.2方案总结42.2 系统的总设计框图42.2.2 设计框图的工作流程5第3章 各芯片介绍63.1 555芯片介绍63.1.1 555芯片引脚63.1.2 555定时器的功能63.2 74LS48芯片的介绍73.2.1 74LS48芯片引脚图73.2.2 74LS48功

3、能表83.3 74LS147芯片介绍93.3.1 74LS147芯片引脚图93.3.2 74LS147芯片功能表103.4 LED显示器103.4.1 LED 显示器引脚图103.4.2 LED功能表11第4章 各单元电路的设计124.1优先编码-译码-显示电路124.1.1优先编码-译码-显示电路的结构框图124.1.2 优先编码-译码-显示电路的工作原理124.1.3 优先编码-译码-显示电路图124.2 555定时电路134.2.1 定时电路的工作原理134.2.2 定时电路的参数计算13第5章 电路仿真15第6章 安装与调试176.1 调试前的检查176.1.1.连线是否正确176.1

4、.2.元器件的安装情况176.1.4.电源端对地是否有短路现象。176.2 通电观察186.3 调试中的注意事项18总结与心得19参考文献20第1章 设计任务与要求1.1 设计课题 8路数显报警器。1.2 设计要求1、设计并安装一个8路数显报警器，当8路中某一路断开时，显示该路编码，并发出音响。2、显示报警编码用一位LED显示器显示。3、报警存在优先级，在两个或两个以上报警条件符合时，只显示高优先级的编码。4、报警时间持续1分钟或人为解除报警。5、运用仿真软件绘制设计电路图（如proteus，Multisim）。22第2章 总体方案的设计2.1设计方案 2.1.1 方案说明 如下图2.1示：其

5、中总开关起控制总电源的作用，八个控制开关分别为八个按钮，经过编码翻译，由译码器译出编码器的编码，从而在显示器显示数字。而编码器再连接555振荡电路，再与报警器相连，实现声音报警。74LS147 编码器74LS04 非门74LS48 译码器7段数码显示管 控制开关555定时器 2输入与非门和或门报警器 图2.1 设计方案总体框图2.1.2方案总结在本方案中在4072或门输出接口上连接555振荡电路，再与报警器相连，实现声音报警。这种方法简单且可行，容易实现8路报警器的功能。所以应采用此方案。2.2 系统的总设计框图 2.2.1设计框图的介绍系统的总的设计框图如图2.2所示。图中很清楚的说明通过开

6、关的控制产生低电平输入到编码器74LS474再输入到译码器74LS48就点亮LED七段数显。而开关的控制也引起4068输出再输入到555的2脚，3脚输出高电平就使得蜂鸣器发出声音！数码显示器译码器 编码器报警器开关2开关3开关1开关4开关5开关6开关7开关8555定时电路电源与非门和或门 非门 图2.2 系统的总的设计框图2.2.2 设计框图的工作流程接通电源后，分别按下开关，就有低电平输出到编码器和与非门加或门，编码器就出入到译码器，再输入到数码显示器；或门则输入到555引起报警。第3章 各芯片介绍3.1 555芯片介绍3.1.1 555芯片引脚如图3-1所示 图3-1 555芯片引脚图1)

7、 1脚是接地端；2) 2脚和6脚是信号的输入端；3) 3脚是555定时器的输出端，输出的波形是矩形波；5) 5脚是控制端，常对地接一个0.01uF的滤波电容；6) 7脚是放电端，也是控制波形的周期；7) 8脚是Vcc端。3.1.2 555定时器的功能表3-1 定时器LM555CM的功能表输 入输 出u11u12UoV状态00导通2VCC/3VCC/310导通VCC/311截止VCC/31不变不变设TH和端的输入电压分别为u11和u12，LM555CM定时器的工作情况如下：当u11 UR1、u12 UR2时，比较器C1和C2的输出uc1=0、uc2=1，基本RS触发器被置0，Q=0、=1，输出U

8、o=0，同时V导通。当u11UR1、u12 UR2时，两个比较器输出uc1=1、uc2=0，基本RS触发器被置1，Q=1、=0，输出Uo=1，同时V导通。当u11UR2时，uc1=1、uc2=1，基本RS触发器置保持原状态不变。综上所述，LM555CM定时器的功能如表3-1所示。3.2 74LS48芯片的介绍3.2.1 74LS48芯片引脚图74LS48被称为集成显示译码器，用来驱动各种显示器件，从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观地显示出来的电路，称为显示译码器，其引脚图如图3-2所示。七段显示译码器74LS48功能表如表3-2所示。1) 3、4、5是信号的控制端

9、；2) A、B、C、D分别是译码器的输入端，它于74LS90的、端相连接；3) a、b、c、d、e、f、g是译码器的输出端，它与锁存器相连。 图3-2 74LS48芯片3.2.2 74LS48功能表七段显示译码器74LS48功能表如表3-2所示。测试灯输入端。=0（低电平有效）且=1时，Ya-Yg输出均为1，显示器七段应全亮，否则说明显示器件有故障。正常译码显示时，应处于高电平，即=1。双重功能端。此端可作为输入信号端又可以作为输出信号端。作为输入端时是熄灭信号输入端，利用端可按照需要控制数码管显示或不显示。当=0时（低电平有效），无论A3A2A1A0状态如何，Ya-Yg均为0，数码管不显示。

10、当该端作为输出端时是灭零输出端，当=0，且A3A2A1A0=0000时，=0。灭零输入端。该端的作用是将数码管显示的数字O熄灭。当=0（低电平有效）、且A3A2A1A0=0000时，Ya-Yg均输出0，数码管不显示。表3-2 七段显示译码器74LS48功能表十进制数A3A2A1A0YaYbYcYdYeYfYg说明011111111测试灯00000000熄灭10000000000000灭001000011111110显示011000110110000显示121001011101101显示231001111111001显示341010010110011显示451010111011011显示5610

11、11010011111显示671011111110000显示781100011111111显示891100111110011显示93.3 74LS147芯片介绍3.3.1 74LS147芯片引脚图该实验中我们采用74LS147优先编码器。1）8、16脚接电源；2) 11、12、13、1、2、3、4、5、10脚分别对应输入I1I9；3) 9、7、6、14分别对应输出Y0Y3； 图3-3 74LS147的引脚排列3.3.2 74LS147芯片功能表表3-3 74LS147芯片功能表 输入输出I9I8I7I6I5I4I3I2I1I0/Y3/Y2/Y1/Y00XXXXXXXXX011010XXXXXX

12、XX0111110XXXXXXX10001110XXXXXX100111110XXXXX1010111110XXXX10111111110XXX110011111110XX1101111111110X111011111111101111 3.4 LED显示器3.4.1 LED 显示器引脚图通常所说的LED显示器如图3-4所示，由7个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器。 图3-4-1 LED显示器此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管(在图中以dp表示)，用于显示小数点。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。 1) a、b、c、d、e、f、g、dp是数码

13、管的输入端； 2) 9脚是接高电平，因为是共阳数码管。3.4.2 LED功能表 七段发光二极管，再加上一个数点位，共计八段。因此提供给LED显示器的字形代码正好一个字节。各代码位的对应关系如表3-5：表3-4 代码对应关系代码位1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q显示段abcdefgdp 图3-4-2 七段显示器工作原理图 图3-4-2 七段显示器工作原理图第4章 各单元电路的设计4.1优先编码-译码-显示电路4.1.1优先编码-译码-显示电路的结构框图显示电路译码电路编码电路总开关 图4.1 优先编码-译码-显示电路的结构框图4.1.2 优先编码-译码-显示电路的工作原理 总开关的改变把产生低电

14、平，输入到编码电路；经过编码74LS147的编码后，输入到译码电路；再经过译码74LS48的译码后，输入到LED数字显示器，从而显示数字.4.1.3 优先编码-译码-显示电路图 我们用8个双刀单砸开关输入到74LS147编码，再经过非门74LS04，输入到74LS48译码，再输入到LED显示！如图4.1所示 图4-1 优先编码-译码-显示电路图 4.2 555定时电路4.2.1 定时电路的工作原理 由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。触发电路由C1、R1构成，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端F输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2端

15、。并使2端电位瞬时低于，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂态过程，电容C开始充电，VC 按指数规律增长。当VC充电到时，高电平比较器动作，比较器A1 翻转，输出V0 从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态，为下个触发脉冲的来到作好准备。 暂稳态的持续时间tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C值的大小。 tw1.1RC通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。此外尚须用一个续流二极管与继电器线圈并接，以

16、防继电器线圈反电势损坏内部功率管。4.2.2 定时电路的参数计算暂稳态的持续时间tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C值的大小。 tw 1.1RC令C=100uF，根据设计要求tw 60s，算出R=550K 图4.2.1定时电路 图4.2.2 工作波形 图 4.2.1定时电路的仿真1 上图为报警器开始报警时的电路波形，因为蜂鸣器在高电平时工作，所以断路瞬间波形由低电平转为高电平，报警器报警。 图 4.2.2定时电路的仿真2 上图为电路结束报警时的电路波形，因为我们的报警器要报警一分钟，所以示波器上的高电平要持续一分钟又回到低电平，报警结束。第5章 电路仿真 经过各单元电路的设计以后，原理图基

17、本上己经完整了，现在对电路图进行仿真调试，本仿真是在multisim软件上仿真，分别是没有断路，有一路断路，多路断路的情况。 图5.1.1 没有断路的情况 图5.1.2 有第5路断路的情况 图5.1.3 8路断路优先的情况第6章 安装与调试6.1 调试前的检查 电子安装完毕,通常不急于通电,先要认真检查一下。检查内容包括:6.1.1.连线是否正确(1)检测的方法通常有两种:这种方法的特点是,根据电路图连线,按一定顺序一一检查安装好的线路,由此,可比较容易查出错线和少线。(2)按照实际线路图来对照原理图电路进行检查:这是一种以元件为中心进行查线的方法.把每个元件引脚的连线一次查清,检查每个去处在

18、电路图上是否存在,这种方法不但可以查出错线和少线,还容易查出多线。为了防止出错,对于已查出的线路通常应在电路图哂纳感做出标记,最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或是用万用表的“二极管挡”的蜂鸣器来测量元器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。6.1.2.元器件的安装情况检查元器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管的极性和集成元件的引脚是否连接有误。6.1.3.电源供电，信号源连接是否正确。6.1.4.电源端对地是否有短路现象。 注：在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地是否存在短路。若电路经过上述检查，并确认无误后，就可以转入调试。6.2 通电观察 把经过准确测量的电源接入

19、电路。观察发现若将其中K1-K8之间任何一段开关断开，则LED显示器显示其编码，如：我们将K5断开，显示器马上显示数字5，并发出蜂鸣报警持续一分钟。再将其他的开关如上测试，发现结果和要求一致。6.3 调试中的注意事项调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。为了保证调试的效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点：（1）正确使用测量仪器的接地端 凡是使用低端接机壳的电子仪器进行测量，仪器的接地端应该和放入器的接地端接在一起，否则仪器机壳引入干扰不仅会使放大器的工作状态发生变化，而且将使测量结果出现误差。根据这一原则，调试发射偏置电路时，若需要测量ce，不仅把仪器

20、的两端直接接在集电极和发射极上，而应分别对地测出c，e然后将二者相减得ce。若使用干电池供电的万用表进行测量，由于电表的两个输入端是浮动的，所以允许直接跨接到测量点之间。测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流，给测量结果带来很大的误差。（）正确选择测量点用同一台测量仪进行测量时，测量点不同，仪器内阻引进的误差大小将不同。 （）测量方法要方便可行需要测量电路的电流时，一般尽可能测电压而不测电流，因为测电压不必改动被测电路，测量方便。若需知道某一支路的电流值，可以通过测取该支路上电阻两端的电压，经过换算而得到。 总结与心得经过大家一

21、星期的努力，8路报警显示器的课程设计终于圆满地落下帷幕。虽然大二了，但这是我们第一次接触课程设计，前面的都只是一些实习而已，并没有亲手实践的经历。以我们必须从设计要求、设计原理、安装multisim仿真软件并进行仿真、整理整个课程设计说明书都亲力亲为。体会到了有问题时的郁闷和纠结，但也尝到了努力过后获得成功的那份兴奋和喜悦。总之是获益匪浅啊！在此过程中，我们把课程设计要求仔细地研读了一遍，知道此次的设计目的基础上，便开始疯狂地查阅资料，包括网上的和图书馆借的书，偶尔也翻看数字电子技术课本，小组成员聚在一起讨论讨论，基本上掌握了8路报警显示器的设计原理，这个阶段花的时间和精力蛮多的，俗话说：“万事开头难”。只有打好地基，才能开始接下来的事情。因为我们电脑上都没有仿真软件，所以还必须先安装multisim 11.0 的软件，安装过程还是挺顺利的，先从网上下载那个软件，然后对照着安装步骤一步步的来，我们每个人都装好了。再接下来就是仿真了。对于这个阶段，我最大的感受就是好事多磨，因为我们困惑不断，总是仿真不出正确的结果，心情上可以说是濒临崩溃，但是我们没有放弃，而是反复地纠错，一个元件、一个芯片的检查