计数报警器的设计

1、沈阳航空航天大学课 程 设 计（说明书）计数报警器的设计 班 级 24020103 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 电子线路课程设计 课程设计题目 课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个计数报警器电路，用以在生产线上对产品进行计数，技术指标如下：计数最大值为99；用2位七段数码管显示；计数溢出时发出声光报警信号，报警时间长度为10秒，声音报警用蜂鸣器实现，报警光信号用红色LED表示；自行设计输出为5V的直流电源。二、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

2、图（元器件标准化，电路图规范化）。三、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，用multisim软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 阎石主编数字电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰写课程设计报告成绩 指导教师 日期 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、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以

3、优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日一、概述随着信息社会的到来，人们希望现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性。仅在原有框架内修改和完善已无济于事。根据逻辑功能的不同特点，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类，在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关，这是组合逻辑电路在逻辑功能上的共同特点；在时序逻辑电路中，任意时刻的输出信号不仅取决于当前的输入信号，而且还取决于电路原来的状态。时钟电路用555定时器构成，555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成

4、电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。时钟电路可以产生脉冲从而起到控制电路的作用，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。设计时钟电路，要根据设计的要求确定主时钟的频率，然后结合其他控制电路，设计出与电路相适应的脉冲。施密特触发器和单稳态触发器用于对脉冲的整形，多谐振荡期用于对脉冲的产生。单稳态触发器有稳态和暂稳态两个不同的工作状态，在外界触发的作用下可以从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，在自动返回稳态。二、方案论证设计一个计数报警器电路，用以在生产线上对产品进行计数，要求计数最大值为99，当计数溢出时发出声光报警信号，此次设计可有不同方案，在此提出两种

5、方案。方案一： 一部分是设计5V直流稳压电源电路，通过变压器、整流器、滤波电容、稳压器和负载来实现。另一部分是设计计数报警器，信号发生器产生脉冲来控制计数器，用两片74LS192级联组成100进制计数，用两片74LS47来驱动两个七段共阳极数码管，计数的次数由数码管显示。由第一片74LS192的进位溢出接到第二片74LS192的计数端，把第二片的进位溢出接到由555定时器和若干电阻、电容构成的单稳态触发器的输入端，当计数达到99后由于第二片进位溢出从而触发由单稳态触发器构成的电路，由其输出10秒的脉冲来驱动扬声器和LED产生报警，其中报警时间10秒由RC决定（Tw=1.1RC），经过计算要选择

6、合适的电阻和电容。同时再用计数器、译码器和数码管显示10秒的计时。方案二：方案二中可以通过74LS160来计数，再通过74LS47译码器译码，并将输出端连接数码管，再用555触发器来构成单谐振回路控制报警时间，最终都可以达到同样的效果。本设计采用的是方案一，74LS192结合简单的门电路就可以实现计数并将最终档位进行保存，此设计能满足低成本，操作简单方便的要求。三、电路设计根据要求，本设计主要有5V直流电源电路（整流、滤波、稳压电路）和计数报警电路（计数电路、译码电路、显示电路、声光报警电路）。1.直流稳压电源电路1.1其原理图如图1所示。 图1 5V直流电源电路的原理框图 电源变压器的作用是

7、将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。根据设计要求，输出最大电源为+10V/1A，因此，输出的最大功率为10W。另外，为了输出正、负电压，可以选择220V/16V/10W的变压器。整流电路一般由单项导电性的二极管构成，经常采用单项半波、单项全波和单向桥式整流电路。如图2-2所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了3N259桥式整流器。整流过程中，4个整流管轮流导通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向一致，形成全波整流，将变压器处的交流电压变成了脉动直流电压。平时做设计，前级用470uF,用于滤低频，二级用100nF，用于滤高频，470uF的电容作用是减小输出

8、脉动和低频干扰，100nF的电容作用是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。 1.2元件参数计算及选择 （1）稳压器要求输出+5V的直流电，选择选择LM7805。LM7805为固定+5V输出稳压集成电路(采取特殊方法也可使输出高于5V)，最大输出电流为1A。 （2）变压器为了使电路正常工作，要求输入电压应比输出电压自少高出2.5V3V，且 。所以变压器的输出电压的平均值至少应为8V，因此选择双8V/8W的变压器。 （3）滤波电容大小的选择 对于滤波电容C来说，即，滤波电容一般选择几十至几千微法的电解电容。本设计选择470uF的电解电容，又因为输出最大电流为1A，故可算出的范围，因此负载选为1

9、K。 1.3直流稳压电源电路图如图2所示。 图2 直流电源电路原理图2.计数报警器电路 2.1其原理图如图3所示。声光报警数码管显示译码器译码计数器计数图3 计数报警电路的原理框图 2.2计数电路：采用两片74LS192N实现。用开关的闭合与打开产生计数脉冲，将脉冲信号送到74LS192芯片的UP端，由于74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器，所以当计数器计到9时，当下一个脉冲信号到来时它就要产生一个进位信号。这个进位信号可以接在下一个74LS192芯片的UP端，这样就可以实现00到99之间的计数，当十位上的数字计到9时，当下一个脉冲信号到来时它也要产生一个进位信号，这个信号可以用来控制

10、声光报警系统的工作；在计数器的计数过程中，我们是需要显示出当前的数字的，所以这就需要用译码电路实现。计数电路如图4所示。 图4 计数电路2.3译码电路：采用74LS247译码器。将74LS192芯片的对应接口接到74LS247芯片上，这时74LS247芯片便可以将接收到的信号译码，将译码后的信号送到数码管，数码管就可以显示当前计数器所计的数字。译码电路如图5所示。图5 译码电路 2.4显示电路：用两个共阳极七段数码管实现。显示电路如图6所示。图6 显示电路2.5声光报警电路：声光报警功能用蜂鸣器和LED灯实现，控制LED报警十秒，蜂鸣器报警10秒。此电路需要555定时器中的单稳态触发器。根据T

11、w=1.1RC（Tw=10）来选择合适的R和C即可，其中要想显示出报警的秒数，需要在单稳态触发器的输出端再接一个555定时器构成的多谐振荡器，由此产生的脉冲通过74LS160计数器计数，再通过74LS47N译码并通过七段共阳极数码管显示。声光报警电路如图7所示。 图7 声光报警电路四、性能测试1.直流稳压电源的测试表1 直流电路测试数据表R值(k)C值(F)频率（Hz）周期(s)1470500.02直流稳压电源测试仿真电路如图8所示。图8 直流稳压电源测试仿真电路图直流稳压电源输出电压值如图9所示。 图9 直流稳压电源输出电压2.计数电路测试 图10 计数电路测试图3. 电路计时测试 图11

12、计时电路测试图 图12 计时电路测试图4.电路整体性能测试图13 电路整体测试图 计数达到99时清零，此时蜂鸣器开始报警，二极管开始发光，由七段数码管显示其报警时间，断开开关后将不再重新计数，待将开关闭合时，将重新计数。五、结论该设计主要运用了分为两部分，一部分是设计5V直流稳压电源，用到了变压器、整流器、滤波电容、稳压器，另一部分是设计计时报警器，用到了计数器74LS192、74LS160、译码器74LS47、七段数码管、555触发器，通过以上性能测试与调试，电路完全符合设计要求，且工作稳定，可以实现所要求的结果。参考文献1黄培根主编. 电子技术基础实验.电子工业出版社， 2010年2荆西京主编模拟电子电路实验技术西安：第四军医大学出版社，2004年3陆坤等编.电子设计技术.成都：电子科技大学出版社，1997年7月4阎石主编. 数字电子技术. 北京：高等教育出版社，2006年5华成英、童诗白主编.模拟电子技术基础.高等教育出版社，2006年6 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1U1、U2 10进制计数器74LS192N22U3、U5译码器74LS4733U4、U6、U11七段共阳数码管SM410561N34U7U8555LM555CN25L