数电课设定时显示报警电路

1、1 设计思路.21.1 原理介绍 .21.2 步骤介绍.31.3 设计思路.32 电路模块与仿真.421 时钟脉冲模块仿真图 .42.2 时钟脉冲模块设计与分析.52.3 计时模块仿真图.62.4 计数模块设计与分析 .62.5 显示模块的仿真.82.6 显示模块的设计与分析.92.7 报警模块的仿真.102.8 报警模块的分析与设计.102.9 整体电路仿真 .113 硬件电路.123.1 硬件焊接图.123.2 原件清单.134 结果分析.145 心得体会.15本次课程设计需要的电路为可预置的定时显示报警电路，它是一种可以根据我们需要，设置其预制报警时间的报警器。其使用围较广，其一般流程为

2、，首先可以进行预置报警时间，然后计时电路模块计时到预定时间，时间结束后声光报警模块发出报警信号，主要利用一些集成芯片，触发器，计数器，译码器，显示器，逻辑门电路等一些芯片构成，关键词 ：时钟脉冲 计数器 显示电路 报警模块1 可预制的定时显示报警电路，在本电路设计中，一共分为四个模块，首先是时钟脉冲模块，其作用是给后面的计时芯片提供时钟信号，本次采用的是555 芯片，将 555 芯片连接成多谐震荡电路，根据设计要求，设置不同的电阻电容值使得输出的脉冲周期为 1 秒。让计数器每次计数的时间间隔为 1 秒。本次电路设计的第二个模块是计时芯片，所用为 74LS90 芯片，它可以产生 0 到30 进制

3、的计数，计数电路由两块 74LS90 芯片构成，当最大预制时间为 30 秒时，两个芯片分别连接成三进制、十进制，十位芯片的时钟信号由个位芯片进位信号提供，当个位记满一圈后产生进位信号，将 Qd 的输出接入到十位的时钟，当十位达到 0011 时即记满 30 秒，将低两位的高电平信号输入到 90 芯片的清零端，两块 90 芯片的清零端连接在一起，即可实现同时清零，则计数 30 秒完成。第三个模块为计数显模块，计数显示模块有两块 4511 译码器和 2 块共阴极数码管组成，将计数器的 Qa、Qb、Qc、Qd 依次接入到译码器中，则在计数过程中，数码管会显示工作时间。第四个模块为报警模块，报警模块有

4、D 触发器和蜂鸣器组成，本电路采用 D 触发器为上升沿触发，其输入端直接接高电平，当计数器记满 30 时十位输出为 0011，将两个高电平的输出接入一个与门后作为一个时钟信号给 D 触发器，这时候就会有一个上升沿信号，从而使 D 触发器的输出为高电平，而蜂鸣器的负极接地，这样，当计数到预制时间时，蜂鸣器就会报警。实验预制报警功能。 （1） 根据设计要求分析电路思路（2） 画出符合设计要求的电路图（3） 用仿真软件仿真电路，查看输出结果（4） 根据电路图焊接电路板（5）实物调试，并对结果进行分析（6）完成设计并写出心得体会 显示电路计数器报警模块2 21 图 2.1 时钟脉冲 时钟脉冲模块是给计

5、时芯片提供一个时钟脉冲信号，使其能够完成周期为1秒的计数，本电路我们使用的是555定时器所构成的多谐振电路来进行发出时钟脉冲。555定时器部比较器灵敏度较高，而且采取差分电路形式，用555定时器组成的多谐振振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。555 定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制和检测电路中。本实验所需的时钟脉冲周期为1秒，则有电容器C放电所需时间为： t1= R1Cln2当放电结束后，电容器C充电所需时间为 t2=(R1+R2)Cln2则一个充放电周期为T= t1+t2= 0.98 S1.43其振荡频率为

6、f(R 2R )C12在555产生的时钟脉冲后面，接有一个运算放大器，放大脉冲信号的电压，555输出的电压较低，在电路中的高低电平不易区分，且在报警电路中需要较高电平才能使其发声.放大电路原理为: Vo/R=Vi/2RVi=2Vo则在经过放大器的放大作用后，输出电压能够达到原来的两倍，这样可以消除因555触发器输出电压较低而带来的影响，使得后面的输入输出的高低电平正常。 图 2.3 计数模块 该计数显示模块所采用的是 74LS90 计数芯片，该芯片的基本的连接如下方所示通过不同的连接方式，74LS90 可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助 R0(1)、R0(2)对计数器清零。其具体功能详述

7、如下：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。 清零、置 9 功能，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 QDQCQBQA0000。在本电路中，需要 30 秒计数，两个 90 芯片个位采用的是十进制，十位采用的是三进制，在连接的时候，个位芯片的时钟信号是由 555 触发器产生的 1Hz的方波脉冲，当个位的芯片计数到十，QD、QC、QB、QA 的输出端则为 1010，将输出端 QD 的电平送到十位的时钟信号输入端，由于该芯片是下降沿

8、触发，所以个位芯片的计数由十变一时，就会有下降沿产生，作为一次进位信号，在清零方面，将两个芯片的清零端 R0(1)、R0(2)分别接在一起，当计数到 30 时，十位输出为 0011，将两个高电平分别送入两个 90 芯片的清零端，使计数器清零。从而达到预制 30 秒的效果。 图 2.5 显示模块 显示部分由两块 4511 芯片和两块共阴数码管组成，4511 的部分功能如下所示，D4511 是一 片 CMOS BCD锁 存/7 段译 码/驱 动器，其中a b c d 为 BCD 码输入，a 为最低位。LT 为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮

9、，以检查显示器是否有故障。BI 为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1 端应加高电平。另外 CD4511 有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数 9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE 是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。 ag 是 7 段输出，可驱动共阴 LED 数码管。另外，CD4511 显示数“6”时，a 段消隐；显示数“9”时，d 段消隐，所以显示6、9 这两个数时，字形不太美观图路，BI：4 脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3 脚是测试输入端，当 BI=1，LT=0

10、时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“ 8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。 LE=1 时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。 A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端因此在本电路模块中，4511 芯片与两位 7 端共阴数码管相连接，达到显示计数的目的。 图 2.7 报警模块 报警模块就是当计数达到预制数的一刻，报警模块会发出声或光的报警信号，在本电路的设计中，当记满 30 秒时，十位的 74LS90 芯片的输出端为0011，将两个高电平输出通过 74LS08 芯片与门，则输出

11、为一个高电平，将此个输出的高电平接入到 74LS74 的 D 触发器的时钟信号的输入端，74LS74 芯片是一个上升沿触发的 D 触发器，则当十位计数到 0011 时，两个高电平将经过与门将产生一个上升沿的脉冲信号，使 D 触发器的输入信号输出，在电路中，D 触发器的输入端始终接到高电平，因此，当上升沿到来时，高电平的输入信号就会输出，而用于报警作用的蜂鸣器正端接 D 触发器的输出，负端接地，当 D 触发器的输出端为高电平时，蜂鸣器就会发出报警信号，从而完成预置报警功能。 图 2.9 整体电路将 555 芯片连接成多谐震荡电路，根据设计要求，设置不同的电阻电容值使得输出的脉冲周期为 1 秒。可

12、预制的定时显示报警电路，让计数器每次计数的时间间隔为 1 秒，所用为 74LS90 芯片，它可以产生 0 到 30 进制的计数，计数电路由两块 74LS90 芯片构成，将低两位的高电平信号输入到 90 芯片的清零端，两块 90 芯片的清零端连接在一起，即可实现同时清零，则计数 30 秒完成，数显示模块有两块 4511 译码器和 2 块共阴极数码管组成，将计数器的Qa、Qb、Qc、Qd 依次接入到译码器中，则在计数过程中，数码管会显示工作时间，报警模块有 D 触发器和蜂鸣器组成，使 D 触发器的输出为高电平，而蜂鸣器的负极接地，这样，当计数到预制时间时，蜂鸣器就会报警。实验预制报警功能。3 图

13、3.1 硬件焊接调试过程在焊接的时候一定要非常的注意不能出现虚焊和短接等情况。更加要注意的是在条件允许的情况下，要检查每一个元件的好坏，这样更加能够保证课设的顺利进行。在焊接完成后不要急于加电压，信号等进行操作，要检查每个元件是否虚焊，是否正负反接，每个芯片的接高电平和接地是否有遗漏，整体的接线是否正确。在确定所有的工程都完成后，在进行实际的操作，就是检验整个课设最终成果的时候。在检验与测试的时候，实验板并没有按照预期的出现了正确或着说预期的实验效果.通过对实验板各个功能部件的调试，慢慢的去发现问题和错误并及时改正过来。 555 触发器1uF 的电容470K一块两个两个三个一个两块两块两块一块

14、一块一个10K 电阻LM15874LS90共阴数吗管4511 译码器74LS0874LS74蜂鸣器4 从以上的输出结果可以看出，无论是电路图的仿真，还是实际电路图的测试，都会产生一定的误差，在仿真图中，误差较小，而在实际硬件测试中，则会出现较大误差。主要误差及产生原因有，555 芯片产生的时钟脉冲，不能达到周期为 1 秒的要求，这可能的原因是线路本身存在的影响，还有就是元器件的参数导致。在计数达到预制时间时，产生的上升沿 信号可能不能有效的被 D 触发器接受，这都是线路本身存在的影响。还有就是达到预制时间，报警电路不能立马工作，这是因为与门和 D 触发器对信号都有一定的延时作用，不可消除，还有

15、一个出现的问题就是可能 D 触发器已经输出了高电平，但蜂鸣器没有发声，这可能的原因是输出信号的电压不够，不足以带动蜂鸣器发声，因此在电路设计中，555 输出的脉冲信号会经过一个运算放大器，放大信号的电压，尽量的避免之类的问题。5 通过这次课程设计，我体会到了许多。第一，在根据仿真图焊接电路板时，可能会遇到许许多多意想不到的问题，而在遇到问题时，我们需要冷静的分析问题出在哪儿，一步一步的调试，最后你就会找到问题的根源所在。在实践操作中，当看到那么多的集成块，当时真的很恐惧，但是必须硬着头皮把它做好。在做秒信号电路的接线时遇到了很多困难，不是接线没接好就是管脚接线错误第二，理论和实际往往会有很大的差别，也许在理论上会能够得到很完美的运行结果，但一运用到实际中，就会不一样了。好多电路要亲自调试一遍才弄得清楚，所以以后我们所要学习的不仅仅只停留在理论上，我们需要多动手多实践，这样才更有利于我们的发展。此次数电课程设计，我加深了对数电知识的理解，更知晓了一些芯片的灵活运用，同时对自己的动手能力也有了一定的