十六路优先数显报警器.docx

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十六路优先数显报警器

赣南师范学院

课程设计

（说明书）

16路优先数显报警器的设计

班级/学号*********

学生姓名凌堂

指导教师许粱

赣南师范学院

课程设计任务书

课程名称电子技术综合课程设计

院（系）物电学院专业电子信息工程

班级11电信

（2）班学号*********姓名凌堂

课程设计题目16路优先数显报警器的设计

课程设计的内容及要求：

一、设计说明

设计一个16路优先数显报警器电路。

二、技术指标

1.当16路中某一路断开时，显示该路编码，并发出音响；

2.用LED数码管显示报警编号；

3.报警声音由间断到连续，由低到高，随着报警时间的推移而变化，报警时间持续1分钟或人为解除报警；

4.报警存在优先级，在两个或两个以上报警条件符合时，只显示高优先级的编码；

5.在无警报状态时，应使电路工作于最小功耗状态，如使显示器熄灭，扬声器电流截止等降功耗的措施；

三、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形式和元器件参数。

3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

四、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。

2．进行实验数据处理和分析。

五、推荐参考资料

1．沙占友、李学芝著.中外数字万用表电路原理与维修技术.[M]北京：

人民邮电出版社，1993年

2．童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础.[M]北京：

高等教育出版社，2006年

3．戴伏生主编.基础电子电路设计与实践.[M]北京：

国防工业出版社，2002年

4．谭博学主编.集成电路原理与应用.[M]北京：

电子工业出版社，2003年

六、按照要求撰写课程设计报告

指导教师年月日

负责教师年月日

学生签字年月日

成绩评定表

评语、建议或需要说明的问题：

指导教师签字：

日期：

成绩

一、概述

在实际生活中广泛的用到各种电器，电路，这不仅提高了生产力，也方便了人们的生活。

由于电路的广泛使用就要求有设备检测电路的工作状态，如果电路发生故障就会使电路瘫痪，生活中的设备就不能正常工作，如果有一个电路报警器，当电路故障时提示人们及时检修，就会将故障损失降到最小，所以设计一个报警器监测电路就很有必要。

设计一个十六路数显报警电路。

当16路中某一路断开时，显示该路编码，并发出音响；用LED数码管显示报警编号；报警时间持续1分钟或人为解除报警；报警存在优先级，在两个或两个以上报警条件符合时，只显示高优先级的编码。

二、方案论证

设计一个十六路数显报警器，在十六个开关电路中有一路或多路出现故障断开时显示出断开电路的编号，并由蜂鸣器发出警报。

方案一：

方案一原理框图如图1所示。

图1十六路优先数显报警电路的原理框图

方案二：

这个题目也可通过单片机实现。

将模拟故障电路接在单片机上，通过编程实现。

这样设计就使设计过程很简单，很容易，但要用到单片机，就会价格昂贵，而且也没有方案一的轻巧与灵便，综合看来，方案一更优。

三、电路设计

1.十六路故障模拟电路

十六路故障模拟电路的主要任务是模拟出实际的的十六条线路的通断。

设计采用单刀单置开关模拟线路通断，当开关打开时，模拟电路接高电平，模拟接通；当开关闭合时，模拟电路接低电平，模拟断路。

以下是原理图，如图2所示。

图2十六路故障模拟电路

2.16线—4线优先编码器

16线—4线优先编码器的主要任务是将十六条线路进行优先编码。

当发生断路状况时，将该路编码以二进制形式输出，当同时有两条或两条以上线路发生故障时，编码优先级最高的线路并输出。

本编码器采用两片74HC148N-6V连接设计，此编码器从左至右线路优先级依次降低，共十六条线，二进制代码依次为“1111”~“0000”，十进制代码依次为“15”~“0”，输出端左端为高位，依次降低，电路图如图3所示。

图316线—4线优先编码器

3.四位二进制的十进制数码显示电路

四位二进制的十进制数码显示电路任务是对优先编码器编码后的四位二进制数进行十进制的显示，即显示出故障电路的代码。

二进制编码的范围“1111”~“0000”依次对应十进制的“15”~“0”。

本电路根据真值表设计，如表1。

表1二进制-十进制显示真值表

二进制

十进制

十位

个位

D

C

B

A

T

W

X

Y

Z

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

2

0

0

0

1

0

0

0

1

1

3

0

0

0

1

1

0

1

0

0

4

0

0

1

0

0

0

1

0

1

5

0

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0

1

0

1

1

0

6

0

0

1

1

0

0

1

1

1

7

0

0

1

1

1

1

0

0

0

8

0

1

0

0

0

1

0

0

1

9

0

1

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0

1

1

0

1

0

10

1

0

0

0

0

1

0

1

1

11

1

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0

0

1

1

1

0

0

12

1

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0

1

0

1

1

0

1

13

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0

0

1

1

1

1

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0

14

1

0

1

0

0

1

1

1

1

15

1

0

1

0

1

由上可以找出二进制与LED十位“T”的关系：

T=DC+DC'BA'+DC'BA

当T=0时W=D，X=C，Y=B，Z=A

当T=1时W=0，X=BC，Y=B'，Z=A

所以设计电路如图4所示。

图4四位二进制的十进制数码显示电路

图中左侧四个开关代表四位二进制数，上图处于“1111”状态，显示为十进制的“15”。

4.故障判断电路

故障判断电路的主要任务是判断是否有线路处于故障状态（断路）。

如果十六条线路中有线路处于故障状态则给出信号，让蜂鸣器工作。

故障判断电路实质是一个检测电路，检测故障信号为蜂鸣警报电路提供工作信号。

判断故障电路是由与非门、或门、非门构成，实现的逻辑功能实质是将十六条线路“相与”当任何一路故障输出低电平。

电路图如图5所示。

图5故障判断电路

5.蜂鸣器报警电路

蜂鸣器报警电路的任务就是在接到故障判断电路发送的故障信号后带动蜂鸣器蜂鸣一分钟。

当蜂鸣器报警电路接到信号后，该电路工作一分钟。

该电路使用单稳态电路驱动蜂鸣器，接到低电平后单稳态输出一个长达一分钟的矩形波。

电路如下所示，如图6所示。

图6蜂鸣器报警电路

“TRI”端为输入端，用来连接故障判断电路输出端E。

单稳态电路输出端矩形波的宽度（即时间）：

t=1.1RC

由此取值R=5kΩ，C=1.1mF

这样可使输出时间为一分钟。

四、性能的测试

1.16路故障模拟电路性能测试

当开关断开时电路处于高电平，当开关闭合时电路处于低电平，测试结果正常。

2.16线—4线优先编码器性能测试

表216线—4线优先编码器性能测试数据表

输入

输出

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

1

输出为优先级最高的故障线路编号，电路测试正常。

3.四位二进制的十进制数码显示电路性能测试

表316线—4线优先编码器性能测试数据表

二进制输入

十进制输出

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

2

0

0

1

1

3

0

1

0

0

4

0

1

0

1

5

0

1

1

0

6

0

1

1

1

7

1

0

0

0

8

1

0

0

1

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0

1

0

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0

1

1

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1

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0

12

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1

0

1

13

1

1

1

0

14

1

1

1

1

15

测试结果正常。

4.故障判断电路性能测试

当电路中有一条以及多条输入低电平时输出为低电平，只有全部输入为高电平时输出才是高电平，电路测试正常。

5.蜂鸣器报警电路性能测试

当故障判断电路加给蜂鸣器报警电路一个低电平后蜂鸣器报警电路开始工作，一分钟后，输出中断，蜂鸣器停止报警；当故障判断电路加给蜂鸣器报警电路一个低电平后蜂鸣器报警电路开始工作，当人为关断蜂鸣器（开关“Q”）后，蜂鸣器停止工作，测试正常。

6.电路整体性能测试

当故障模拟电路闭合任意一个开关时，蜂鸣器开始报警，数码管显示该电路的编号（故障模拟电路从左至右开关编号依次为“15”~“0”），一分钟后蜂鸣器停止报警。

在报警期间通过关断开关"Q"可以终止蜂鸣器报警，电路测试正常。

五、结论

十六路数显报警器可以优先显示故障电路编号，并且在电路故障后可以蜂鸣报警一分钟，蜂鸣也可以通过人为关断。

此电路满足设计要求，可以正常工作。

六、性价比

此十六路数显报警器用到的主要器件有两片74HC148，一片555，两只数码显示管（LED），蜂鸣器一只，设计简单，成本较低，却有十六个检测端口，可以同时检测十六条线路，经济实用，性价比较高。

七、课设体会及合理化建议

此次课设对我本人来说是一次很有帮助的课设。

这次课设不仅使我重新温习了数字电路的所有内容，也锻炼了我的应用能力。

能把所学知识升华后搬进软件里仿真，真的很不容易，课本学习时需要掌握的仅仅是重点知识，但仿真起来就比较难了，得注意每个细节。

此次课设不仅增涨了我的知识，也增强了我的能力，更重要的是暴露了我一直以来学习和生活中的一些缺点，真是受益匪浅啊！

课设优于又弱于普通学习的的地方就是它是一个综合性的应用题目，集合了很多知识，有系统性，难了，但也系统了。

此次课设用仿真软件Moltisim仿真实现。

学习课本知识时可以在纸上设计，但仿真就得学习使用这个软件，这又让我学会了这个仿真软件的使用方法，一举两得。

这次课设也培养了我的设计思想，在软件方法里，就学过“自顶向下，逐步求精，模块化设计”的思想，数电实习更是加深了我对这一思想的理解与应用。

不论在学习还是生活中，我觉得这种思想都会避免我们纠缠在混乱之中，让我们有对待事物的清晰思想。

参考文献

[1]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：

高等教育出版社，2006年

[2]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

1

J1~J21

单刀单置开关

单刀单置

21

2

U1U2

8线-3线优先编码器

IIT/7