数电课程设计可预置时间的显示报警系统的设计

1、沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 可预置时间的显示报警系统的设计 系 别 自动化学院 班级 通本132 学生姓名 学号 2013312216 指导教师 职称 教授/副教授 起止日期： 20 15年 6月22日起至2015年7月03日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：可预置时间的报警系统显统的设计系 别 自动化学院 班级 通本132 学生姓名 学号 2013312216 指导教师 职称 教授/副教授 课程设计进行地点： f座 任 务 下 达 时 间： 2015年 6 月 7日起止日期：2015 年 6月22日起至 2015年 7月3日止教研室主任 2015年 6月3日批准沈

2、 阳 工 程 学 院 数字电路与数字逻辑 课程设计成绩评定表系（部）： 自动化学院 班级： 通本132 学生姓名： 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

3、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 绩分中 文 摘 要 我设计的可预置时间的显示报警系统是由三五振荡器构成的脉冲发生器，74160d构成的分频器，74160n构成的的计数

4、电路，四脚数码管构成的显示电路加上报警电路和整点报时电路共同组成。实际工作过程如下： 首先由三五振荡器构成的脉冲发生器发出一个高频率的信号，其产生的频率大小由电阻r1 r2和电容 c1控制。然后经过由74ls160d组成分频器处理得到理想的信号，同时可以发现分频器的个数和频率大小有关。而计数器采用的是7个74ls160n分别构成60进制，24进制和7进制实现秒，分，小时和星期计数功能。最后得到一个1hz的秒脉冲信号通过计数器在显示器上显示出来，这里注意的是显示器采用的是译码管和数码管合二为一的四脚数码管。旁边附加的控制电路及与非门可实现报警电路和整点报时电路等等附加功能。预警电路的构成如下：

5、预警系统是由三五定时器组成的蜂鸣器电路，外加一个观察明显的led灯组成。在计数器的qa,qb,qc,qd输出端通过与非门和与门连接到三五定时器的清零端，再加上蜂鸣器和led灯的连线从而实现简单的报警电路。关键词 预置时间,报警系统,振荡器,计数器i目 录课程设计（论文）任务书课程设计（论文）成绩评定表中 文 摘 要i1 设计主要内容及要求11.1 设计题目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振荡器电路44.1.1工作原理44.1.2参数计算64.2分频电路74.2.1工作原理74

6、.2.2工作波形84.2.2.1一次分频的波形84.2.2.2二次分频波形84.2.2.3三次分频波形94.3 计数电路94.3.1工作原理104.3.1.1秒与分计数工作原理104.3.1.2时计数电路工作原理104.3.1.3星期计数电路工作原理114.3.2计数器波形124.3.2.1秒信号qa端波形134.3.2.2分信号qa端波形134.3.2.3 小时计数波形134.4译码显示电路144.4.1译码显示电路原理图144.5预警电路144.5.1 预警电路的原理154.5.1.1发光二极管的原理图154.6整点报时电路154.6.1 工作原理165 工作过程分析166 元器件清单17

7、7主要元器件介绍187.1 555计时器197.2 74ls16020小 结21致 谢22附录a1逻辑电路图23iii1 设计主要内容及要求1.1 设计题目可预置时间的显示报警系统1.2 设计要求（1）某电台23时50分停止播音，第二早5时00分开机准备播音，要求早晨无人时自动启动机组播音（扬声器代替）。（2）振荡电路及分频电路。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）某电台23时50分停止播音，第二早5时00分开机准备播音，要求早晨无人时自动启动机组播音（扬声器代替）。（2）振荡电路及分频电

8、路。1.2.3 发挥部分（1）星期显示电路。（2）整点报时电路。242 设计思路可预置时间的显示报警系统是在数字钟原理基础上，再加入一些时间的定时，报警等电路来实现的，主要是用振荡器来产生脉冲，在这里主要用的是555多谐振荡器来产生脉冲，由于时间信号里面是需要1hz的信号，所以要用计数器当成分频器来用，把振荡器产生的脉冲分成1hz的脉冲信号，然后利用计数器和显示器相连，用以计数，我一共连了七个个计数器，分别为小时的十位个位，分钟的十位个位，秒的十位个位和星期。在此，计数部分已经完成了。要求说，在5：00时要求电台自动开启（用扬声器代替），也就是说需要在这个时间扬声器要发声，所以在输出端接入一个

9、扬声器的电路，这里面用的是蜂鸣器，也就是当时间等于5：00时，这个扬声器就会响。同理在23:50时，同样用发光二极管代替扬声器，到此，所有基本电路已经完成。发挥部分是整点报时电路，用的是与门和与非门电路做控制电路再加一个发光灯泡和蜂鸣器构成整点报时系统。可预置时间的显示报警系统是一个简单且作用广泛的系统，应用在很多实际方面，比如说：公共场合，校园时间的闹铃，电话闹钟的设定，等等各个方面。3 设计方框图分钟显示器小时显示器报警系统秒显示器星期显示器整点报时系统秒计数器分计数器星期计数器小时计数器振荡器分频器4 各部分电路设计及参数计算4.1振荡器电路4.1.1工作原理多谐振荡器是能产生矩形波的一

10、种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，r1，r2和c是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚)和低电平触发端（2脚）并接后接到r2和c的连接处，将放电端（7脚）接到r1，r2的连接处。由于接通电源瞬间，电容c来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管vt截止。这时，电源经r1，r2对电容c充电，使电压uc按指数规律上升，

11、当uc上升到（2/3）vcc时，输出uo为低电平，放电管vt导通，把uc从（1/3）vcc 上升到（2/3）vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间tph的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数t充=（r1r2）c。由于放电管vt导通，电容c通过电阻r2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间tpl的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数t放r2c。随着c的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）vcc时，输出uo。为高电平，放电管vt截止，vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc

12、电压总是在（1/32/3）vcc之间变化。如图2所示为工作波形。图 1图 2图4-1多谐振荡器的原理及波形图4.1.2参数计算多谐振荡器是由555定时器和外接元件r1、r2、c构成，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dc放电，使电路产生振荡。电容c在2/3vcc和1/3vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。在设计时，取r1=430，r2=500。令其产生的脉冲的频率为1000hz，多谐振荡器的频率公式为：f=1/（tph+tpl）即：f=1.43/（r1+2r2）c将数据带入:c=1

13、uf中间计算时有约分，即所用与实际比较吻合。图4-2 多谐振荡器输入输出波形4.2分频电路4.2.1工作原理我选用的是74ls160d这个计数器芯片来当计数器，由于74ls160d是一个十进制计数器，故用三个十进制的74ls160d将1000hz的信号分频成1hz的输入秒信号。原理图如图所示：图4-3 分频器原理图 4.2.2工作波形4.2.2.1一次分频的波形4.2.2.2二次分频波形4.2.2.3三次分频波形4.3 计数电路4.3.1工作原理4.3.1.1秒与分计数工作原理由于分与秒的计数是六十进制，所以我采用了两片74ls160n，分别设为六进制和十进制，用清零端接与非门分别接qb与qc

14、端设成六进制计数器，用十进制的输出接六进制的clk端，这就构成了一个六十进制的计数器，在接一个六十进制的计数器，将其中一个进位信号接另一个十位进制的clk端，这就构成了分到秒的计数原理电路。原理图如下：图4-4分与秒计数电路 4.3.1.2时计数电路工作原理由于小时的计数是二十四进制，我还是采用了两片74ls160n，分别设为二进制和四进制，用两芯片的清零端接与非门分别接二进制的qb与四进制的qc端设成二十四进制计数器，用四进制的输出接二进制的clk端，这就构成了一个二十四进制的计数器，再将进位信号接四进制进制的clk端，这就构成了分到秒的计数原理电路。原理图如下：图4-5小时计数电路4.3.

15、1.3星期计数电路工作原理 星期计数器我采用的依然是74ls160芯片，少许不同的是先用置数法使0001替换0000进行循环，再用三输入与非门将0111清零。使计数值在0001-0111之间循环，从而达到星期1-7的计数要求。原理图如下：图4-6星期计数电路4.3.2计数器波形4.3.2.1秒信号qa端波形4.3.2.2分信号qa端波形4.3.2.3 小时计数波形4.4译码显示电路4.4.1译码显示电路原理图图4-7译码显示电路4.5预警电路4.5.1 预警电路的原理 报警系统的的原理是是在三态门给一个脉冲，然后三态门接地，从而给555脉冲经过两个脉冲，然后过滤掉直流信号，直接导致蜂鸣器响。由

16、于是在5：00时，蜂鸣器响，蜂鸣器会一直响。发光二极管的原理是在23：50时给到发光二极管，由于发光二极管需要10-20ma的电流，故要加一个限流电阻。这时的发光二极管才会亮。图4-8预警电路4.5.1.1发光二极管的原理图图4-9二极管发光原理电路4.6整点报时电路4.6.1 工作原理首先将分计数器十位计数器上的qc和qa个位计数器上的qd和qa用与非门连接，再将秒计数器十位计数器上的qc和qa个位计数器上的qd和qa用与非门连接。再将他们用新的与非门两两连接。最后一共用到七个与非门。最后在连接一个灯泡和蜂鸣器。使之形成在59分59秒后亮灯，鸣响的整点报时电路。图5-1整点报时原理电路 5

17、工作过程分析可预置时间的显示报警系统是由多谐振荡高频信号脉冲发生器、分频电路、计数电路和显示电路组成。该系统主要由秒信号发生系统、数字钟系统和报警系统及附加部分四部分组成。但是多谐振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要分频电路即计数器，经过分频电路三个74ls160d会产生1hz信号。数字钟实际上是一个对标准频率进行计数的计数电路。555定时器组成的多谐振荡器电路构成数字钟脉冲触发。从多谐振荡器提供的方波信号通过分频器电路，将高频信号经分频后得到1hz方波信号供秒计数器进行计数。7个74ls160n组成1个7进制计数器，2个60进制的计数器和一个24进制的计数器。当1hz秒信号加入到秒计数器

18、后就进入到了译码显示管中，本系统使用的是4脚led数码管。当计数器与门电路预置的时间一致时，门电路就会输出高电平给报警系统，报警系统根据判断会做出响应，发出蜂鸣器的声音或者发光二极管会亮。报警系统是由555定时系统组成。6 元器件清单7主要元器件介绍7.1 555计时器555是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 cmos 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5v16v 工作，7555 可在 318v 工作，输出驱动电流约为 200ma，因而其输出可与 ttl、cmo

19、s 或者模拟电路电平兼容。图5-2 555定时器逻辑电路 555成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 rs 触发器，一个放电管 t 及功率输出级。它提供两个基准电压vcc /3 和 2vcc /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 rs 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电

20、压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 c1 的同相输入端的电压为 2vcc /3，c2 的反相输入端的电压为vcc /3。若触发输入端 tr 的电压小于vcc /3，则比较器 c2 的输出为 0，可使 rs 触发器置 1，使输出端 out=1。如果阈值输入端 th 的电压大于 2vcc/3，同时 tr 端的电压大于vcc /3，则 c1 的输出为 0，c2 的输出为 1，可将 rs 触发器置 0，使输出为 0 电平。（1）构成施密特触发器，用于ttl系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等； （2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路； （3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。 555应用

21、电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。7.2 74ls160图5-3 74ls160引脚图图5-4 74ls160管脚图元器件作用： 用于快速计数的内部超前进位，用于n 位级联的进位输出同步可编程序有置数控制线二极管箝位输入直接清零同步计数本电路是由4 个主从触发器和用作除2计数器及计数周期长度为除5的3位2进制计数器所用的附加选通所组成。有选通的零复位和置9输入。为了利用本计数器的最大计数长度（十进制），可将b输入同qa 输出连接，

22、输入计数脉冲可加到输入a上，此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。ls90可以获得对称的十分频计数，办法是将qd 输出接到a输入端，并把输入计数脉冲加到b输入端，在qa输出端处产生对称的十分频方波。小 结光阴似箭，日月如梭。为期两周的实训就在我们的忙忙碌碌中度过了,而我也顺利的完成了秦宏老师布置的各项任务.在实训的前几天,在我拿到设计题目时,我对设计出一个可预置时间的报警系统没有一点头绪,不知道该从何入手!但是通过秦宏老师的讲解以及对相关资料的阅读,我有了大致的设计思路。但是要是你以为有了思路,之后的设计画图工作会没有那么令人伤脑筋,其实不然,当我们真正在纸上动手画时,才知道这过程有多么的复

23、杂,我们遇到了很多的问题和疑惑,集成元件的功能多种多样,种类也多种多样,有的一种元件能实现多种功能,而有些元件除了稍有不同外,其他功能都差不多,这就得需要我们清楚地掌握各元件的用法,各引脚的接线方法及功能才能为实现电路功能选出合适的元件。但是平时在理论课的学习当中,我只了解到一些最基本的元件及它的用法功能,这使得我在设计画图时遇到了很多困难。但是我并没有就此气馁,而是更加努力的去图书馆查阅相关的资料,然后和同学大家在坐一起相互讨论,直至把问题搞明白。在这次课程设计中,我和同学不断的学习理解,把现实生活中的事物和书本上的知识联系到一起,一直总感觉书本上学的东西好像没什么用,但经过这两周的实训才发现不是没什么用，而是我不知道该怎么用。我一下子还真有点难以适应这个节奏，虽然说数字电子平时学的还可以，老师