可预置的定时器显示报警系统的设计

1、沈阳航空航天大学课 程 设 计可预置的定时器显示报警系统的设计班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 电子线路综合课程设计 课程设计题目 可预置的定时器显示报警系统的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明设计一个可预置的定时器显示报警系统。二、技术指标可预置的定时器显示报警系统可用于任意定时系统，例如，篮球比赛规则中，队员持球时间不能超过30秒，设计电路时预置30秒，这给运动员和裁判员以准确信号。设计一个可预置30秒的显示报警系统。要求预置30秒减到0秒报警（也可预置0秒，计数到30秒报警）；每隔5秒显示一次时间（即30秒，2

2、5秒，5秒，0秒时显示）；系统能准确地预置和清零。直流电源由直流稳压电源来提供。三、设计原理晶振的输出分频器分频后得到标准的秒脉冲，作为计数器的时钟脉冲；预置时间用拨码盘控制，其输出是编码器的十进制输入，编码器的输出预置了计数器所要计数的时间。计数器通过组合逻辑控制锁存器的使能端，将计数器的数据锁存（注意本系统时5秒锁存一次）；锁存器的锁存数据经过译码器译码显示，当计数器计数到预置的时间时发出信号报警。四、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。五、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路

3、，用软件仿真。2进行实验数据处理和分析。六、推荐参考资料1沙占友、李学芝著 . 中外数字万用表电路原理与维修技术 M .北京：人民邮电出版社，1993年2童诗白、华成英主编者 . 模拟电子技术基础 M .北京：高等教育出版社，2006年3戴伏生主编 . 基础电子电路设计与实践 M .北京：国防工业出版社，2002年4谭博学主编 . 集成电路原理与应用M.北京：电子工业出版社，2003年六、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文

4、献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 2015 年 1 月 16 日1、 概述设计一个可预置的定时器显示报警系统。可预置的定时器显示报警系统可用于任意定时系统，例如，篮球比赛规则中，队员持球时间不能超过30秒，设计电路时预置30秒，这给运动员和裁判员以准确信号。设计一个可预置30秒的显示报警系统。要求预置0秒，计数到30秒报警；每隔5秒显示一次时间（即30秒，25秒，5秒，0秒时显示）；系统能准确地预置和清零。直流电源由直流稳压电源来提供。2、 方案论证方案一：用两片74LS160级联设计一个030的31进制加法计数器，

5、使之每隔一秒计数一次。后将计数器两组的输出端分别接到两个显示译码器74LS47的输入端，显示译码器的输出用来驱动共阳极数码管，用来显示时间。其中将计数器低位片的输出接出连接到一8位的数据选择器74151，A1、A2、A3、及D端用来选择出加法计数器低位片输出0和5的时刻。后将74151的输出端接出接到两个显示译码器的BI/RBO端。使得当030中个位是0或者5的数显示出来。方案一原理框图如图1所示。数码管显示7447显示译 码器加法计数器555多谐振荡器（T=1s）74151八选一数据选择器图1 方案一的原理框图方案二：用两片74LS160级联设计一个030的31进制加法计数器，使之每隔一秒计

6、数一次。后将计数器两组的输出端分别接到两个4位寄存器74LS74上，再将两个寄存器的输出端接到显示译码器74LS47的输入端，显示译码器的输出用来驱动共阳极数码管，用来显示时间。其中控制部分的电路需要用两个比较器74LS85，比较计数器低位片的输出与0和5比较。两个比较器的输出或运算后接到寄存器的时钟信号端。当计数器低位片的输出结果等于0或等于5时寄存器有一个脉冲信号。此时的数码管显示的值会发生一次变化。结果使在04秒显示00；59秒显示05；1014显示10；1519显示15；2024显示20；2529显示25；30显示30。方案二原理框图如图2所示。数码管显示 比 较 器加法计数器555多

7、谐振荡器（T=1s）7447显示译码器74LS74寄存器图2 方案二的原理框图本设计选用的是方案二，方案二的仿真和实际结果更加符合题目要求和实际需要，设计原理简单易懂。可行性好。3、 电路设计1. 直流稳压电源直流稳压电源电路原理如图3。220V交流电源经变压器变压，转换成24V交流电，然后通过整流桥进行整流再由电容C1滤波，再通过芯片LM7805转换成稳定的5V直流电源信号。可接负载电阻后输出。从而得到直流稳压5V电源。5V图3 直流稳压电源电路原理2.555定时器多谐振荡电路 原理图如图4所示。电路的振荡周期：T=(R1+R2)C1ln2 （1） R1为51千欧，R2为47千欧，C1为10

8、uF。通过计算得振荡周期T=1s。Uo1图4 多谐振荡器电路原理图3.计数电路31进制从0到30计数，用两片74160级联完成。采用置数法设计电路。电路原理图如图5所示。U1为高位片，U2为低位片。初始设置数为0.将低位片的RCO进位端接到高位片的ENP、ENT上形成两个74LS160的级联。此时低位片为十进制的加法计数器，将高位片的QA、QB两个管脚接出，分别连接到一与非门的两个输入端，输出端接到两个74LS160的LOAD端。最后得到一个31进制，由0到30的加法计数器。CLRQD2Uo1QA2QB2QC2QA1QB1QC1QD1图5 31进制从0到30计数计数器原理图4.计数器的复位及清

9、零电路 计数器的复位及清零电路的原理图如图6所示。级联后的31进制加法计数器的CLR端接到一单刀双掷开关上。单刀双掷开关的另外两端分别接电源VCC和地。当开关接到VCC时，CLR接入高电位，清零端无效，计数器正常计数。当开关接到地上。则计数器的CLR端有效。清零功能开启，实现了30秒计时的清零和复位工作。CLR图6 计数器的复位及清零电路的原理图5.寄存器电路寄存器电路原理图如图7所示。QD1 QB1 QC1 QA1 CLR1 QA2QB2QC2QD2DQ8Q7Q6Q5Q4 Q2 Q3 Q1Uo2图7 寄存器电路原理图将两片74LS160计数器的QA,QB,QC,QD分别接到两个移位寄存器74

10、LS175的D1，D2，D3,D4上。其输出接到显示译码器74LS47的A，B，C，D上。两个寄存器的锁存信号由Uo2提供。6.比较器的控制电路比较器控制电路的原理图如图8所示。将低位片74LS160计数器的输出端QA1,QB1,QC1,QD1分别接到两个比较器74LS85的B0，B1，B2，B3端，两个比较器的A4A3A2A1分别0000和0101，即十进制的0和5,。再将两个比较器的AEQB端接到一个二或门的两个输入上，或门的输出为Uo2。Uo2=1代表160计数器的个位是0或者5。将Uo2作为控制信号输入到移位寄存器的时钟信号端，作为锁存信号。Uo2QA1QB1QC1QD1图8 比较器控

11、制电路的原理图7.显示电路显示译码器以及数码管的电路图如图9所示。将移位寄存器的8输出Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6，Q7，Q8分别接到两个显示译码器74LS47的输入端。其输出驱动两个共阳极数码管。Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1图9 显示译码器以及数码管的电路图8.报警系统电路报警系统电路图如图10所示。设计要求在第30秒报警。将高位片的74LS160加法计数器的输出端QA2，QB2，QC2接出作为控制信号，接到74LS138数据选择器的A，B，C端。当加法计数器计数到30时即高位片的输出为0011（即十进制的3）时，74LS138译码器的输出端Y3为有效的低电平。Y3端口接到一二极管

12、的阴极，阳极接限流电阻接高。可以完成在第30秒时报警的任务。QC2 QA2 QB2图10 报警系统原理图4、 性能测试1.直流稳压电源的测试 表1直流稳压电路测试数据表R值(k)C1值(F)C2值(F)C3值(F)输出电压（V）110000.10.152. 多谐振荡电路的测试表2多谐振荡电路的测试数据表R1值(k)R2值(k)C值(F)频率（Hz）周期(s)5147100.9911.009 3. 电路整体性能测试 电路清零后开启计时，时间显示为00，经过5秒后显示05，再经过5秒显示10.最后显示30秒时报警灯亮起。符合实际和设计要求。五、结论 通过Multisim软件仿真以及实际电路测试，验

13、证了此方案的可行性与正确性。运用555定时器，比较器，译码器，数据选择器，寄存器，器件简单可操作。此方案原理简单易懂，操作性强，可实现，是一个简单的可预置的定时器显示报警系统。 参考文献1 阎石主编. 数字电子技术M.北京：高等教育出版社，2006年2 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器M.北京：国防工业出版社，2005年3 戴伏生主编 . 基础电子电路设计与实践M .北京：国防工业出版社，2002 年4 谭博学主编 . 集成电路原理与应用M.北京：电子工业出版社，2003年附录I 总电路图附录II 元器件清单序号编号名称型号数量1A1555定时器 NE555P12U1十进制加法计数器74LS16023U3两输入的与非门74LS0014U4比