电子技术课程设计可预置的定时显示报警系统

1、可预置的定时显示报警系统目录课程设计（论文）任务书i课程设计（论文）成绩评定表iii中文摘要iv1 设计任务描述11.1 设计目的11.2 基本要求11.3 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 显示器44.2 译码器44.3 锁存器54.4 数据选择器54.5 计时电路64.6分频电路74.7双报警电路控制74.8 555单稳态触发器与555多谢振荡器84.8.1 电路分析84.8.2 参数计算95工作过程分析106 元器件清单137 主要元器件介绍147.1 74ls290147.2 555多谐振荡器与单稳态触发器157.3 74ls192177.4

2、 74ls151187.5 74ls75197.6 74ls4821小 结23致 谢24参考文献25附 录 a1 逻辑电路图26附 录 a2 实际接线图27 1 设计任务描述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）设计一个可预置30秒的显示报警系统；（2）时间显示系统为按秒减法或加法计数均可；当计数到第30秒时显示的时间数字开始闪烁（闪烁频率为4hz），直到归零为止；（3）计数归零时发出声音报警信号并能准确地预置和清零。1.3 发挥部分（1）双报警电路，（启动与到时各报警一次）；

3、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1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，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为a3，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、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、

4、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2 设计思路 可预置显示的报警系统，主要包含三个方面即定时、显示、报警三部分。一、为实现以秒为单位的定时，首先需要秒脉冲，脉冲由于受到振荡器件的限制，秒脉冲振的频率较低，很难直接产生，所以采用高频振荡电路，所以选择了555多谐振荡器产生脉冲，然后再分频，分频选择了四个74ls290做为分频器，其中要先把其连成十进制的计数器，经过四次分频由此产生秒脉冲，最终将10khz变成1hz频率。二、秒脉冲产生之后，为实现定时，需要对其进行记数。这里采用减数的方式。选择的器件是74ls192,记数的目的有两个，一是控制显示器的数字

5、显示，二是控制报警系统。在控制显示器的显示中，首先将其74ls192十位的前两个端口输入端接地即低电平，后俩个接5伏电压即是高电平，控制个位74ls192输入端接地即是低电平，然后接通电源，此时现实器显示30，此时显示器开始倒计时。三、数字显示系统中，由于数字显示系统要求计数到第三十秒时显示时间开始闪烁知直到归零，这就是开始计数时显示，和最后一秒数字显示。这里需要锁存器对计数器中出来的信号进行鉴别显示，由于锁存器74ls75是高电平有效，这里我用555（3）的2端口发出的低电平信号再加个非门后，输出的高电平信号给锁存器控制端的脉冲使最后一秒记数实现。四、，为了实现控制双报警系统，我用了两个55

6、5触发器，分别控制三十秒和零秒。选择输出所选择的数据实现定时报警。数据选择器选用的器件是74ls151进行选择，当其输出端全为零时，此时发生器就会报警。报警电路是由两个555单稳态触发器和555定时器构成的多谐振荡器组成的。其中单稳态触发器是控制发生器的报警时间的，555定时器构成的多谐振荡器是控制发生器报警的频率的。首先由数据选择器输出的低电平触发555单稳态触发器，使其产生触发信号，然后进入555定时器构成的多谐振荡器的输入端，当输出低电平时，发生器开始报警。 以上即为可预置的定时显示报警系统。3 设计方框图显示器显示器扬声器驱动器驱动器选择器锁存器译码器译码器锁存器计数器 计数器扬声器振

7、荡器分频器4 各部分电路设计及参数计算4.1 显示器led数码管是目前最常用的数字显示器，可用来显示一位09十进制数和一个小数点, 小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，我所选用的led数字显示器是红色的，通常约为22.5v，每个发光二极管的点亮电流在510ma。本电路采用两个显示器通过七个380欧姆电阻驱动，十位显示0、1、2、3，个位显示09十个数字；dp端与电阻相连后通过开关接地。我所设置的电路只是足双报警系统，故led显示器只显示 开始的30和最后的0。图表 14.2 译码器该电路是由74ls48七段显示译码器

8、。74ls48七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。其译码条件是：lt和rbi同时等于1，而对其他输入代码则仅要求lt=1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入bcd码决定的，并且满足显示字形的要求。分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。因此，为了使数码管能将数码所代表的数显示出来，必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段测试输入端，“0”时，译码输出全为“1”消隐输入端，“0”时，译码输出全为“0”lt 锁定端，lt“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在lt0时的数值，lt0为正常译码。译码是编码的逆过程，是把给定的代码进行“翻译”，变成

9、相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。4.3 锁存器 74ls75锁存器高电平有效。它的控制端le接收低电位信号就能完成锁存功能，将输入的信号传送到译码器进行显示。当输入高电位信号时，锁存器不完成所存，故信号不能被传送上去，译码器就显示原来的数字。 4.4 数据选择器 数字选择是指经过选择，把多路数据中的某一种数据传送到公共数据线上，实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关。 74ls151是一种典型的集成电路数据选择器，它有3个地址输入端c、b、a，可选择d0到d7共8个数据源，具有俩个互补输出端，同向输出端y和反向输出端w。输出端低电平有效。下

10、图就是我所选用的数据选择器。4.5 计时电路一片74ls192计数器个位的进位输出端与另一片十位的使能端cdp、 bo相连后可以集连成30进制的计数器，。十位设置为三进制，将qa和qb端信号引出，当输入为0011即3时，预置端接高电位。个位使能端 cdp、bo,load分别相连后接到高电位，保持74ls192十进制不变。计数器十位输入端da、db接高电平，dc、dd接地使十位输出端，计数器个位输入端da、db、dc、dd接地分别与译码器74ls75相连。时钟脉冲cp相连后接到分频电路的进位输出端上接收分频后的秒冲信号。当开关置于5v电压时，开始工作。则在接收到秒脉冲信号后计数开始以秒为单位进行

11、相减计时。当输出信号为30或0时均能提供给报警电路低电平的信号使之触发报警，使之实现双报警电路。4.6分频电路将二-五-十进制计数器74ls290连接成十进制的计数器，将两个置九端接地，使其处于工作状态，第一片的输出信号作为第二片的输入信号，以此类推连接4个74ls290，每当计数达到1010这个状态时，计数器便会自动清零，重新计数脉冲信号，其余三片的工作过程与第一片相同。通过四个十进制计数器分频后就产生了系统所需要的秒脉冲。将555振荡器产生的10khz频率变为1hz。从最上端输入的10khz ，由最下端输出1hz。 4.7双报警电路控制由计数器的输出中通过一个与非门与十位的输入端a、b,使

12、高电平信号变成低电平输入到单稳态555的输入端2，由输出端输出高电平信号使扬声器使上来30秒的时候报警一次。则当计数为0时，由于选择器将0选择，向报警系统输出低电平信号，经电路震荡后变为高电平信号使扬声器工作。 这是双报警系统的第一次发出响声。也就是预置30秒的时候。这是双报警系统的第二次发出响声。也就是当计数器减到0时的时候。 4.8 555单稳态触发器与555多谢振荡器4.8.1 电路分析 将555定时器的6、7脚相连接上拉电阻后接5v电源，1脚接地，4脚8脚均接高电平；5脚接两个电容后与2、6、7脚相连组成单稳态触发器；由2脚接受由计数器经单双报警选择后的输出信号控制报警。将3脚与另外一

13、个555定时器的4脚相连，1脚接地，2脚与6脚相连后通过电阻r2与7脚相连，再连接电阻r1后接5v电源；5脚仍连接两个电容；3脚通过一个电容与扬声器相连，扬声器一端接地。第二个555定时器就变成了多谐振荡器，由单稳态触发器和多谐振荡器共同构成了555延时报警系统。单稳态触发器的2脚接受到低电平的信号使单稳态触发器触发，经多谐振荡器后信号变成高电平提供给扬声器，使扬声器发声。4.8.2 参数计算 555多谐振荡器产生频率：f = 10k hz 经4个十进制计数器分频后得到信号频率: f = 1 hz单稳态触发器555（1）中， vcc=5v c = 0.01 f c = 0.22 f r = 4

14、.5kr = t =700t = t + t = 0.7 (r+r) c+ 0.7 rc= 0.7( r+2 r) c因为t = = 1s所以1 = 0.7 (r + 2 2.4 10) 0.22 10r = 900 k5工作过程分析本电路由显示器、译码器、锁存器、计数器和555延时报警系统五部分构成。其工作过程如下：接通电源后，工作过程如下：接通电源后，555（1）多谐振荡器产生10千赫兹的信号，经由四片74ls290组成的分频电路将信号分为1赫兹后连接计数器的cp脉冲控。由上端口输入信号，我接的是a与d管脚，所以输出的信号就是原来基础的十分之一，一千赫兹。再接一个就是一百赫兹。一共是四个7

15、4ls290进行分频，最后的输出信号就是一赫兹。 信号从多谢振荡器出来后，经过分频最总到达计数器的cpd输入端，计数器开始工作。计数器（在本系统中设置的是十进制）进行递减时，当计数器接预置的30时，会产生电平信号刺激报警系统，此时产生高电平信号使扬声器工作。当递减到0时，有控制电路产生信号使锁存器工作，锁存这一状态触发报警工作。 信号由down输入，开关置于5v 电压此时计数器开始工作，并由u8的a端b端发出高电平信号给单稳态触发器并由此产生高电平信号刺激扬声器发出声音。 这就是低电平信号从tri端进入。第一次声响结束后，信号开始上传。由于74ls151对低电平有效，所以将d0管脚接地，其余管

16、脚都接高电平，c、b、a三个输入端都接低电平信号，目的是让0秒的时候使之产生低电平再次刺激扬声器发出声响。 第这个过程就是选择器将0秒的时候选过去，使扬声器工作。但是需要使显示器显示0秒，而此时，锁存器一直锁30秒，必须给一个高电平信号输入锁存器的cp端，需要从上面的tri段接个非门，使之成为高电平给锁存器信号，让它工作，锁存0，这个时候显示0，并且扬声器也处于工作状态。6 元器件清单序号型号说明数量174ls290分频器42555定时器3 374ls192计数器2474ls151数据选择器2574ls75锁存器2674ls48译码器27扬声器发声报警28led显示器显示数字29电阻若干10电

17、容0.01 f611npn三极管312开关27 主要元器件介绍 7.1 74ls29074ls290为二，五，十进制计数器， 它对于计数器的清零方法是借助s9（1）、s9（2）将计数器置9。其具体功能详述如下：（1） 计数脉冲从cp1输入，qa作为输出端，为二进制计数器。（2） 计数脉冲从cp2输入，qdqlqh作为输出端，为异步五进制加法计数器。（3） 若将cp2和qa相连，计数脉冲由cp1输入，qd、qc、qb、qa作为输出端，则构成 异步8421码十进制加法计数器。（4） 若将cp1与qd相连，计数脉冲由cp2输入，qa、qd、qc、qb作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。

18、（5） 清零、置9功能。a) 异步清零当r0（1）、r0（2）均为“1”；s9（1）、s9（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即qdqcqbqa=0000。b) 置9功能当s9（1）、s9（2）均为“1”；r0（1）、r0（2）中有“0”时，实现置9功能，即qdqcqbqa =1001. 功能表：引脚图： 7.2 555多谐振荡器与单稳态触发器用555定时器组成单稳态触发器电路组成：用555定时器组成单稳态触发器电路图如7.5.3图，r和c为外接定时元件，复位控制端与放电端相连并连接定时元件，置位控制端作为触发输入端。同样，控制电压端不用外接0.01 f电容。555定时器和外接元件r1、r2

19、、c构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过r1、r2向c充电以及c通过r2向放电端放电，使电路产生振荡。电容c在和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。555电路要求r1与r2均应不小于1k，但两者之和应不大于3.3m。表7.5.1 555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1-单稳态触发器电路 2-单稳态电路电压变化图7.5.2单稳态触发器电路和单稳态电路电压变化图如图7.5.2所示

20、，静态时，触发输入vcc为高电平，vcc通过r对c充电，vcc上升。当uc2/3vcc时，复位控制端th2/3vcc，而ui高电平使位置控制端 tr1/3vcc，定时器复位，q=0，q=1，放电管为饱和导通，c经v放电，uc迅速下降。由于ui高电平使vcc2/3vcc，定时器仍保持复位，q=0，q=1，放电管始终保持饱和导通，c可以将电放完，uc0，电路处于稳态。当触发输入ui为低电平时，置位控制端tr1/3vcc，而此时uc0又使复位控制端th2/3vcc，则定时器置位，q=1，q=0，放电管截止，电路进入暂稳态，之后，vcc通过r对c充电，uc上升。当uc2/3vcc时，复位控制端th2/

21、3vcc，而此时ui已完成触发回到高电平使置位控制端tr1/3vcc，定时器又复位，q=0，q=1，放电管又导通，电路回到稳态。c经v再放电，电路恢复结束。此单稳态的暂稳态时间可按下式计算tw1.1rc。此电路要求输入触发脉冲宽度要小于tw，并且必须等电路恢复后方可再次触发，所以为不可重复触发电路。 上图是555组成的多谐振荡器。用555多谐振荡器，接通电源，电容被充电，当vc上升到2vcc/3时，使vo为低电平，同时放电三极管t导通，此时电容c通过r2和t放电，vc下降。当vc下降到vcc/3时，vo翻转为高电平。电容器c放电所需的时间为 为tpl=0.7 rc下当放电结束时，t截止，vcc

22、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 = t + t = 0.7 (r+r) c+ 0.7 rc= 0.7( r+2 r) c7.3 74ls19274ls192的功能表如下： 清零预置时 钟预置数据输入输 出rldcpcpabcdqqqqhxxxxxxxllllllxxabcdabcdlhhxxxx加计数lhhxxxx减计数74ls192的特点是有两个时种脉冲（计数脉冲）输入端cpu和cpd。在rd=1的条件下，作加计数时，令cpd=1，计数脉冲从cpu输入； 作减速计数时，令cpu=1，计数脉冲从cpd输入。 7.4 74ls151 引脚图： 74l

23、s151是一种典型的集成电路数据选择器，它有3个地址输入端cba，可选择d0d7八个数据源，具有两个互补输出端，同相输出端y和反相输出端w。其引脚图如 输入输出使能 g 选择 c b ay w h l l l l l l l l l l ll l h l h ll h hh l lh l hh h lh h h l h d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 其此图是实现y等于a非、b非、c非得乘积。7.5 74ls7554s175/74s175，54ls175/74ls175 三种线路结构形式。其主要电特性的典型值如下： 型号 fm pd54163/74163 35mhz 150mw

24、 54s163/74s163 110mhz 300mw 54ls163/74ls163 40mhz 55mw 当清除端（cr）为低电平时，输出端q为低电平。 在时钟（cp）上升沿作用下，q与数据端（d）相一致。当 cp为高电平或低电平时，d对 q没有影响。 引出端符号 cp 时钟输入端（上升沿有效） cr 清除端（低电平有效） 1d4d 数据输入端 1q4q 输出端 1q4q 互补输出端 引脚图：功能表： d0,d1,d2,d3 四个管脚是锁存器的输入端，qa，qb，qc，qd是输出端。由cpd端对0和1两种状态作出反应，一旦状态被确定，就能自行保持，即长时间储存1位二进制码，直到有外部信号作

25、用时才有可能改变。74ls75是当高电平时工作进行锁存， 即cpd段输入高电平。 7.6 74ls487448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。 7448的功能表如表5.3.4所示，它有3个辅助控制端lt、rbi、bi/rbo,现简要说明如下：1. 灭灯输入bi/rbobi/rbo是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当bi/rbo作输入使用且bi0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，所以字形熄灭。2. 试灯输入lt当lt0时，bi/rbo是输出端，且rbo1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输

26、出ag均为1,显示字形8。该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏 功能表： 逻辑图： 小 结时间过的很快，为期一周的课程设计很快就结束了。这次课程设计是一次脑力兼体力的实训，基本上每天都熬到后半夜。经历了这一周的励练，虽然如此，但感觉实训周的每天过的都很充实而紧凑，也的确这正对数字电子技术有了深刻的了解，由于最开始对数字电子比较模糊，后来开始对每个器件开始了解，查阅资料，不懂就问，不但对于电子器件有所了解，而且对于工作原理更有一定的深层理解。不管怎么说，俩周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前我觉得课程设计只是这一年来所学知识的单纯总结，但是通过这次课程设计发现自己的有些片面。课程设计不仅是对前面所学的知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种锻炼。以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，