数字电路课程设计-可预置的定时显示报警电路.doc

数字电路课程设计-可预置的定时显示报警电路

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6

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课程设计任务书

学生姓名： 专业班级：
指导教师: 工作单位:

题 目:可预置的定时显示报警电路

初始条件：
具备电子电路的基础知识和设计能力；具备查阅资料的基本方法；熟悉常用的电子器件；熟悉电子设计常用软件的使用；
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、设计定时显示报警电路；
2、预置时间最大30S；
3、数码管显示时间；
4、掌握数字电路的设计及调试方法;
5、撰写符合学校要求的课程设计说明书.
时间安排：
十九周一周,其中2天原理设计，3天电路调试
指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
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5
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目 录
1。电路原理设计····················································
1。1设计要求·····················································
1。2原理框图·····················································
2.芯片介绍························································
2。1 74LS192······················································
2。2 74LS00·······················································
2.3 74LS48·······················································
2。4 555定时器····················································
3.单元电路设计····················································
3。1 递减计数器··················································
3。2 置数控制电路················································
3。3 时钟信号控制电路············································
3.4 译码显示电路················································
3。5 报警电路····················································
3。6 秒脉冲发生电路··············································
4。电路图设计······················································
4。1 电路原理图··················································
4。2 电路原理介绍················································
5.电路仿真························································
5.1 绘制电路图··················································
5.2 元件设置····················································
5.3 仿真结果····················································
6。制作电路························································
6.1 生成材料清单················································
6.2 焊接电路····················································
7.课程设计心得体会················································
参考文献··························································

1。电路原理设计
1.1设计要求
30秒定时报警电路的具体功能与要求有:能进行30秒计时，具有时间显示功能,有外部操作开关，可以控制计数器的启动与置数，计数器按递减方式进行，当计数器递减到零时,显示器显示00，计数器停止计时并发出警报。
1。2原理框图
30秒定时期的总体参考方案框图如图，它包括时钟脉冲发生电路、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路等部分组成。时钟脉冲发生电路产生秒脉冲，计数器完成30秒计时，控制电路控制计时器的启动与置数，译码显示电路显示时间，报警电路完成报警功能。
秒脉冲发生器
计数器
译码显示电路
控制电路
报警电路
外部操作开关
定时到信号

图1。1 30秒定时器总体参考方案框图

2。芯片介绍
本次课程设计的定时报警电路经分析设计，具体电路可由十进制递减计数器、置数控制电路、时钟信号控制电路、译码显示电路和报警电路组成。本次课设选用十进制加减计数器74LS192来完成设计，另外所需的芯片有二输入与非门74HC00，74LS48译码器,555定时器。下面介绍所用的芯片。
2.1 74LS192
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器,其引脚图和功能表如下：

图2。1 74LS192引脚图

表2。1 74LS192功能表

2。2 74HC00
74HC00是四2输入与门非，其引脚图和功能表如下：

图2.2 74HC00引脚图

表2.2 74HC00功能表

2。3 74LS48
74LS48是七段数码管译码器驱动器。其引脚图与功能表如下：

图2.3 74LS48引脚图

表2。3 74LS48功能表

2。4 555定时器
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.其引脚图和功能表如下:

图2.4 555定时器引脚图

表2.4 555定时器功能表
输入
输出
阀值输入（VI1）
触发输入（VI2）
复位(RD）
输出（Vo）
放电管T
x
x
0
0
导通

1
1
截止

1
0
导通

1
不变
不变

3.单元电路设计
本次课程设计的定时报警电路可由十进制递减计数器、置数控制电路、时钟信号控制电路、译码显示电路、报警电路、秒脉冲发生电路等几部分组成。
3.1递减计数器
电路的主要部分是十进制递减计数器,由74LS192构成。下图为8421BCD码三十进制递减计数器原理图。

Q3 Q2 Q1 Q0
BO2 CPD
LD2 CPU
CR D3 D2 D1 D0
74LS192
Q3 Q2 Q1 Q0
BO2 CPD
LD2 CPU
CR D3 D2 D1 D0
74LS192
5V
5V

图3.1 8421BCD码三十进制递减计数器原理图

它的计数原理是LD、CPU置1,CR置0时,若时钟脉冲加到CPD端，则计数器在预置数的基础上完成减计数。预置数为N=（0011 0000）8421BCD=(30）10.当低位BO1发出借位脉冲时，高位计数器才作减计数.当计数器全为零时，BO2将低电平送入两个计数器的LD端，重新置数为30，计数器又开始下一循环的计数。
3.2置数控制电路
置数控制电路的作用是控制计数器的置数和启动。可以将一个高低电平逻辑开关接到两块74LS192的LD端，当开关置0时，计数器置数，显示三十秒,当开关置1时，计数器从三十秒开始递减计数。
3。3时钟信号控制电路
时钟信号控制电路的接法如图：
&
CPD
G1

CP
1Hz
&

图3.2时钟信号控制电路

它作用是让计数器从30秒计数到0时，不再又从30秒开始计数，而是暂停到0，以便报警电路开始工作。其原理是将BO2和时钟信号CP接入与非门,在接入一次与非门，相当于BO2与CP接入了一个或门，再接到控制个位的74LS192的CPD端，当未计数到零时，BO2为高电平，时钟脉冲可以进入CPD，计数器继续计数,当计数到0时，BO2输出低电平，时钟脉冲通过与门后变为低电平，计数器停止计数,同时报警电路开始工作.
3。4译码显示电路
本电路显示时间采用数码管来显示.由于74LS192的输出是高电平有效,用74LS48来译码，采用7段共阴极数码管来显示时间.
Q3 Q2 Q1 Q0
a b c d e f g
LT
BI/RBO
RBI D C B A

74LS48
5V

图3.3译码显示电路

3.5报警电路
本电路采用发光二极管来报警,当计数器计时到零后,BO2输出低电平，因此可以将BO2通过一个反相器与LED相连，此反相器可由BO2接入与非门两输入端构成。当BO2为低电平时LED就会发光，起到报警作用。
&

图3。4报警电路
3.6秒脉冲发生电路
秒脉冲发生电路使用555组成的多谐振荡器来构成，电路如图：
8 4
7
3
6
5
2 1
5V
Vo
0.01uF
43K
50K
vc
10uF

图3.5 秒脉冲发生电路
4。设计电路图
将以上各单元电路连接起来，就构成了30秒定时电路.
4。1电路原理图
Q3 Q2 Q1 Q0
BO2 CPD
LD2 CPU
CR D3 D2 D1 D0
74LS192
Q3 Q2 Q1 Q0
BO2 CPD
LD2 CPU
CR D3 D2 D1 D0
74LS192
5V
5V
&
CP
1Hz
&
5V
&
报警电路
置数控制电路
时钟信号控制电路
计数电路
译码显示电路
a b c d e f g
LT
BI/RBO
RBI D C B A

74LS48
5V
a b c d e f g
LT
BI/RBO
RBI D C B A

74LS48
5V

图4。1电路原理图
4.2电路原理介绍
当置数开关置低电平时，计数器置数为30秒。当置数开关置高电平时，计数器开始计数。此时BO2的输出为高电平,时钟脉冲可以送入CPD，计数器作减计数。当计数器计数到0时，BO2输出低电平，时钟脉冲经两个与非门变为低电平，计数器停止计数，同时BO2的低电平经反相后边为高电平，驱动LED发光，达到报警作用.

5.电路仿真
5.1绘制电路图
电路图设计完毕后，为保证该电路确实能正常工作，在焊接电路前应先对其进行仿真。本次课设使用的仿真软件为EWB，版本为5.12.
首先在EWB中绘制电路图。首先放置元件，74LS192在工具栏的Digital的Counter中。各种电源在Source按钮中可以找到,直流电源是Battery，接地是Ground,时钟脉冲信号源是Clock。电阻和开关在Basic按钮中，LED在Diodes按钮中，逻辑门在Logic Gates按钮中,数码管在Indicators中。将它们拖动到电路图上即可放置元件。
然后连线，用鼠标在线头处拖动,拖到另外一个线头即可完成连线，在线上拖动鼠标可以移动连线的位置，按照电路原理图来连线。

图5。1 EWB5软件界面

5.2元件设置
连线完成后要设置元件属性,双击元件即可弹出元件属性窗口,可以设置元件的各种属性.将直流电源设置为5V，时钟脉冲源频率设置为1Hz，幅度设置为5V。得到仿真电路图。

图5.2仿真电路图
5。3仿真结果
所有元件设置好后就可以开始仿真了，点击右上角的Activate simulation按钮即可开始仿真，直接观察数码管的数字即可，可以看到当置数开关置低电平时，数码管显示为30秒。

图5。3 仿真结果 置数

置数开关置高电平时,电路开始减计数，当计数到0时，计数停止，保持在00的位置。如图所示：

图5.4 仿真结果 计数

图5.5 仿真结果 计数停止

6.制作电路
6.1生成材料清单
制作电路前先生成材料清单，以便于准备元件等材料。本电路需要芯片，LED,开关，导线，数码管，导线等元件，还要准备电路板来焊接电路。另外所需的工具有电烙铁，焊锡丝等。
表6.1材料清单
元件类型
数量
74LS192
2
74HC00
1
74LS48
2
LED
1
数码管KEM—5012AS
2
50K电阻
1
100K电位器
1
单刀双掷开关
1
导线
若干
电路板
1
6。2焊接电路
买来元器件后，根据设计出来的电路图来连接导线。在焊接是要注意，不能随意摆放元件,应该事先想好元件应摆放的位置，以免以后连线出现问题。把元件摆放到电路板上合适的位置后,根据电路图焊接导线。在连线时应认真仔细，焊接时要注意不要焊错线。集成芯片管脚较多，焊接时应更加注意.焊接完成后检查一下线路以保证连线无误。最后接上电源测试，如果有问题就进行调试。
7.课程设计心得
在本次的数字电子技术基础课程设计中，我学到了不少东西,下面是我的一些心得体会。
在本次课程设计中，我要设计的计时器电路在实验课上做过，对于原理我是很清楚的，因此在电脑上仿真出计时器并不难。以前我在课程设计中使用的仿真软件是PSpice和Protel。在这次课设中，我使用了另一种软件EWB，该软件使用简单，操作方便，结果直观，非常适合本次数电课设的仿真。通过本次课设我又掌握了一种仿真软件的用法。通过EWB我设计出了电路的原理图，经软件仿真结果正确，达到了初步设计的要求.
但是在实际制作电路中，还是要考虑许多实际因素的,比如门电路的集成芯片有很多种，应该选择何种芯片才能用最少的芯片和最简单的连线完成设计。数码管的驱动芯片业要根据数码管类型选择合适的.在LED的选择上，要考虑到LED的工作电压和工作电流，以确定是否用限流电阻，防止出现LED损坏的情况。
另外在采购元件中,可能买不到电路图中设计的元件，现实中的元件属性可能和电路原理图中不同，这就需要随时际情况修改电路图,以达到设计目的。比如电阻可能没有合适的阻值,这是可以用不同电阻串联，或用电位器来达到所需的阻值。数码管译码器如果没有74LS48，也可以用74LS248代替。
这次的课程设计让我收获很大，我了解了EWB软件的用法,更进一步的掌握了计数器的工作原理与设计方法,也加强了我的数电知识，增进了我对数电的学习兴趣。同时加强了我的动手能力，提高了解决实际问题的能力，对我以后的工作与学习有很大的帮助。

参考文献
[1] 康华光，邹寿彬，秦臻．电子技术基础（数字部分），第五版．北京：高等教育出版社，2006．
［2］ 欧阳星明，唐九飞，孙百勇．数字系统逻辑设计．北京:电子工业出版社，2004．
[3］ 罗中华．数字电路与逻辑设计教程．北京：电子工业出版社，2006．
[4] 钟文耀，段玉生，何丽静．EWB电路设计入门与应用．北京:清华大学出版社，2000．
［5] 陈建业．电力电子电路的计算机仿真．北京：清华大学出版社，2003．

12

本科生课程设计成绩评定表

姓 名

性 别

专业 班级

课程设计题目：可预置的定时显示报警电路
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据：
最终成绩评定(以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：_____________
年 月 日