数字电子课程设计 可预置的定时显示报警系统.docx
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数字电子课程设计可预置的定时显示报警系统
数字电子课程设计
课题名称：
可预置的定时显示报警系统
所在院系：
班级
学号：
姓名：
指导老师：
时间：
第一章：
引言………………………………………………………
第二章：
总体框图……………………………………………………
第三章：
单元电路的设计与说明……………………………………
第四章：
总电路图的设计与说明……………………………………
第五章：
元器件清单…………………………………………………
第七章：
设计小结…………………………………………………
第八章：
参考资料……………………………………………………
数字电子技术课程设计任务书
姓名：
班级：
指导老师：
题目：
可预置的定时显示报警系统
课题的任务和要求
设计要求：
（1）设计一个可预置30秒的显示报警系统，要求预置30秒减到0秒报警；每隔5秒显示一次时间，系统能准确地预置和清零；
（2）选做一个可以任意预置的定时显示报警系统。
设计步骤
1、阅相关资料；
2、总体方案设计与论证，画框图；
3、单元电路的设计；
4、元器件选择与参数计算；
5、绘制原理图（A4号图纸，计算机绘图）；
6、撰写设计说明书（A4号纸打印），字数不得少于2000字；
7、参考文献。
参考文献
1、《数字集成电路应用300例》黄继昌、郭继忠、张海贵、范伦才、徐巧鱼人民邮电出版社2002年1月
2、《555集成电路实用大会》郝鸿安徐红媛编著上海科学普及出版社2000年6月
3、阎石等编.数字电子技术基础（第四版）.北京:
高等教育出版社，1998
教研室主任签字：
2009年1月1日
一、引言
二十一世纪的新中国，科技日新月异，各行各业的发展可谓气象万千，其中电子技术也突飞猛进的发展就是一个典型的代表之一，电子产品铺天盖地,并且在电子领域取得了不少新成果，如当今社会每个人几乎手里的手机，手提电脑等，我国也在生产电子产品方面的发展有了新突破，而且电子产品也正逐渐被应用到生活、生产的各个领域，甚至是自动化发展中不可或缺的部分，电子的发展起着推动全社会及全世界进步的重大作用。
可预置定时报警系统的设计也是实现无人看守，自动化程度高明的一个重要表现，如某电台无须人员参与，就能自动的定时的开启和关闭，这对人们的生活带来了很大的方便，那设计可预置定时报警系统的设计要做些什么器件呢？
这就是我们要思考的问题，电路中我们必须用到加入了计数器，显示器，锁存器等，给出了一种可预置的定时显示报警系统设计的方案,对系统的组成及其设计原理进行了详细地讨论。
电子技术应用的广泛性和灵活性,给设计和制作具体实用电路带来了方便,可预置的定时显示报警系统,可用于任何定时系统。
例如,通常篮球比赛规则中规定:
一方队员持球时间不能超过30s,则可设计预置30s,且定时显示0s,5s,10s,⋯,到30s报警,给运动员和裁判员以准确的信号。
此类应用实例很多,尽管因用途不同而具体电路各异,但其组成及设计原理基本相同。
二、总体框图
可预置的定时显示报警系统由预置电路、秒脉冲发生器、计时电路、控制锁存电路、译码显示电路和控制报警电路等部分组成,其如图如所示：
拨码盘
编码器
计数器
锁存器
译码器
显示器
振荡器
分频器
控制
拨码盘
可预置的定时显示报警系统框图
三、单元电路的设计与说明
1、预置电路
预置电路用来预置报警时间,采用10个琴键开关控制10/4线BCD编码器的10进制输入,编码器的4位BCD码输出预置计时电路所需计时的时间.10个琴键开关没有按下时均为高电平1,按下者为低电平0.10/4线BCD编码器采用高位优先编码器74LS147,其10线输入I0～I9和4线输出Y0～Y3均为低电平0有效,I0～I9中I9为最高位,优先级别最高,I0为最低位,优先级别最低.用10个琴键开关分别控制I0～I9,Y0～Y34位负逻辑赋值的8421BCD码输出,作为控制报警电路中计数器的正逻辑赋值8421BCD码置入最小值,将计数器构成计数模值与琴键开关相对应的计数器,即可方便地预置报警时间。
预置电路
74LS147为10线－4线优先编码器（BCD输出）简要说明：
147为10线－4线优先编码器，共有54/74147和54/74LS147两种线路结构型式，其主要电特性的典型值如下：
型号tpdPD
CT54147/CT7414710ns230mW
CT54LS147/CT74LS14715ns60Mw
147将9条数据线（1－9）进行4线BCD编码，即对最高位数据线进行译码。
当1－9均为高电平时，编码输出（ABCD）为十进制零。
故不需单设/IN0输入端。
1－9编码输入端（低电平有效）
ABCD编码输出端（低电平有效）
174LS147的引脚第9脚NC为空。
74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。
某个输入端为0，代表输入某一个十进制数。
当9个输入端全为1时，代表输入的是十进制数0。
4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。
74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平0时，4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421BCD编码。
当9个输入全为1时，4个输入出也全为1，代表输入十进制数0的8421BCD编码输出。
2、信号发生器
信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。
能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。
在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：
（1）用分立元件组成的函数发生器：
通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。
（2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。
早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。
（3）利用单片集成芯片的函数发生器：
能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。
鉴于此，美国美信公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了
（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。
MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。
在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。
（4）利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：
能产生任意波形并达到很高的频率。
但成本较高。
产生所需参数的电测试信号仪器。
按其信号波形分为四大类：
①正弦信号发生器。
主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。
按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。
②函数（波形）信号发生器。
能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。
除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。
③脉冲信号发生器。
能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。
④随机信号发生器。
通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。
噪声信号发生器主要用途为：
在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。
当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。
3、分频器
8421码制用四位二进制码的十六种组合作为代码，取其中十种组合来表示0-9这十个数字符号。
通常，把用四位二进制数码来表示一位十进制数称为二-十进制编码，也叫做BCD码。
分频器的具体工作原理
由于石英晶体振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要用分频电路。
例如，振荡器输出4MHz信号，通过D触发器（74LS74）进行4分频变成1MHz,然后送到10分频计数器（74LS90,该计数器可以用8421码制，也可以用5421码制），经过6次10分频而获得1Hz方波信号作为秒脉冲信号。
分频器是对脉冲信号进行2的n次方分之一的分频，例如把32768HZ的脉冲信号变成1HZ的秒信号。
这类分频器通常是利用T触发器实现，每来一个脉冲后触发器状态改变一次，经过n个T触发器处理后就可以得到2的n次方分之一的分频信号。
图中标志的含义：
CP——输入的脉冲信号
C0——进位信号
Q——输出的脉冲信号
4、计数电路
十进制可逆计数器74LS192引脚图管脚及功能表
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：
（a）引脚排列 （b）逻辑符号
图中：
为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
其功能表如下：
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
×
×
×
×
减计数
5、控制锁存电路
为了实现定时显示功能,必须在计时电路的输出与译码显示电路的输入之间接入控制锁存电路.锁存器采用集成电路74LS273,它由8个正边沿触发的触发器构成.锁存器的8个数据输入信号D8～D1来自计时电路中十位及个位计数器的8个输出信号,锁存器的8个锁存输出信号D8～D1送至译码显示电路中十位及个位BCD译码器的8个输入端.当锁存器的锁存控制端CLK未加时钟脉冲时,锁存器关闭,其输出Q不随输入D变化,将计时电路的输出与译码器的输入隔离,计时结果不能被译码、显示.只有在锁存控制端CLK出现时钟脉冲上升沿时,锁存器开启,输入数据才被锁存起来,并送至输出端,D→Q直通[2],从而将计时结果送至译码器的输入端,经译码后显示相应的时间（该时刻的2位计时结果）.锁存控制端CLK的时钟信号取自控制锁存电路中计数器的输出信号,计数器的模值根据定时显示的要求而定.例如:
若要求5s显示一次，则采用模值为
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