可预置定时器显示报警系统设计.docx
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可预置定时器显示报警系统设计
沈阳航空航天大学
课程设计
可预置的定时器显示报警系统的设计
班级
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
课程名称电子线路综合课程设计
课程设计题目可预置的定时器显示报警系统的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明
设计一个可预置的定时器显示报警系统。
二、技术指标
可预置的定时器显示报警系统可用于任意定时系统，例如，篮球比赛规则中，队员持球时间不能超过30秒，设计电路时预置30秒，这给运动员和裁判员以准确信号。
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（也可预置0秒，计数到30秒报警）；每隔5秒显示一次时间（即30秒，25秒，……5秒，0秒时显示）；系统能准确地预置和清零。
直流电源由直流稳压电源来提供。
三、设计原理
晶振的输出分频器分频后得到标准的秒脉冲，作为计数器的时钟脉冲；预置时间用拨码盘控制，其输出是编码器的十进制输入，编码器的输出预置了计数器所要计数的时间。
计数器通过组合逻辑控制锁存器的使能端，将计数器的数据锁存（注意本系统时5秒锁存一次）；锁存器的锁存数据经过译码器译码显示，当计数器计数到预置的时间时发出信号报警。
四、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．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
五、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，用软件仿真。
2．进行实验数据处理和分析。
六、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
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（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2015年1月16日
1、概述
设计一个可预置的定时器显示报警系统。
可预置的定时器显示报警系统可用于任意定时系统，例如，篮球比赛规则中，队员持球时间不能超过30秒，设计电路时预置30秒，这给运动员和裁判员以准确信号。
设计一个可预置30秒的显示报警系统。
要求预置0秒，计数到30秒报警；每隔5秒显示一次时间（即30秒，25秒，……5秒，0秒时显示）；系统能准确地预置和清零。
直流电源由直流稳压电源来提供。
2、方案论证
方案一：
用两片74LS160级联设计一个0~30的31进制加法计数器，使之每隔一秒计数一次。
后将计数器两组的输出端分别接到两个显示译码器74LS47的输入端，显示译码器的输出用来驱动共阳极数码管，用来显示时间。
其中将计数器低位片的输出接出连接到一8位的数据选择器74151，A1、A2、A3、及D端用来选择出加法计数器低位片输出0和5的时刻。
后将74151的输出端接出接到两个显示译码器的BI’/RBO’端。
使得当0~30中个位是0或者5的数显示出来。
方案一原理框图如图1所示。
图1方案一的原理框图
方案二：
用两片74LS160级联设计一个0~30的31进制加法计数器，使之每隔一秒计数一次。
后将计数器两组的输出端分别接到两个4位寄存器74LS74上，再将两个寄存器的输出端接到显示译码器74LS47的输入端，显示译码器的输出用来驱动共阳极数码管，用来显示时间。
其中控制部分的电路需要用两个比较器74LS85，比较计数器低位片的输出与0和5比较。
两个比较器的输出或运算后接到寄存器的时钟信号端。
当计数器低位片的输出结果等于0或等于5时寄存器有一个脉冲信号。
此时的数码管显示的值会发生一次变化。
结果使在0~4秒显示00；5~9秒显示05；10~14显示10；15~19显示15；20~24显示20；25~29显示25；30显示30。
方案二原理框图如图2所示。
图2方案二的原理框图
本设计选用的是方案二，方案二的仿真和实际结果更加符合题目要求和实际需要，设计原理简单易懂。
可行性好。
3、电路设计
1.直流稳压电源
直流稳压电源电路原理如图3。
220V交流电源经变压器变压，转换成24V交流电，然后通过整流桥进行整流再由电容C1滤波，再通过芯片LM7805转换成稳定的5V直流电源信号。
可接负载电阻后输出。
从而得到直流稳压5V电源。
5V
图3直流稳压电源电路原理
2.555定时器多谐振荡电路
原理图如图4所示。
电路的振荡周期：
T=（R1+R2）C1ln2
（1）
R1为51千欧，R2为47千欧，C1为10uF。
通过计算得振荡周期T=1s。
Uo1
图4多谐振荡器电路原理图
3.计数电路
31进制从0到30计数，用两片74160级联完成。
采用置数法设计电路。
电路原理图如图5所示。
U1为高位片，U2为低位片。
初始设置数为0.将低位片的RCO进位端接到高位片的ENP、ENT上形成两个74LS160的级联。
此时低位片为十进制的加法计数器，将高位片的QA、QB两个管脚接出，分别连接到一与非门的两个输入端，输出端接到两个74LS160的~LOAD端。
最后得到一个31进制，由0到30的加法计数器。
~CLR
QD2
Uo1
QA2
QB2
QC2
QA1
QB1
QC1
QD1
图531进制从0到30计数计数器原理图
4.计数器的复位及清零电路
计数器的复位及清零电路的原理图如图6所示。
级联后的31进制加法计数器的~CLR端接到一单刀双掷开关上。
单刀双掷开关的另外两端分别接电源VCC和地。
当开关接到VCC时，~CLR接入高电位，清零端无效，计数器正常计数。
当开关接到地上。
则计数器的~CLR端有效。
清零功能开启，实现了30秒计时的清零和复位工作。
~CLR
图6计数器的复位及清零电路的原理图
5.寄存器电路
寄存器电路原理图如图7所示。
QD1QB1
QC1QA1~CLR1
QA2
QB2QC2
QD2
D
Q8
Q7
Q6
Q5
Q4Q2
Q3Q1
Uo2
图7寄存器电路原理图
将两片74LS160计数器的QA,QB,QC,QD分别接到两个移位寄存器74LS175的D1，D2，D3,D4上。
其输出接到显示译码器74LS47的A，B，C，D上。
两个寄存器的锁存信号由Uo2提供。
6.比较器的控制电路
比较器控制电路的原理图如图8所示。
将低位片74LS160计数器的输出端QA1,QB1,QC1,QD1分别接到两个比较器74LS85的B0，B1，B2，B3端，两个比较器的A4A3A2A1分别0000和0101，即十进制的0和5,。
再将两个比较器的AEQB端接到一个二或门的两个输入上，或门的输出为Uo2。
Uo2=1代表160计数器的个位是0或者5。
将Uo2作为控制信号输入到移位寄存器的时钟信号端，作为锁存信号。
Uo2
QA1
QB1
QC1
QD1
图8比较器控制电路的原理图
7.显示电路
显示译码器以及数码管的电路图如图9所示。
将移位寄存器的8输出Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6，Q7，Q8分别接到两个显示译码器74LS47的输入端。
其输出驱动两个共阳极数码管。
Q8
Q7
Q6
Q5
Q4
Q3
Q2
Q1
图9显示译码器以及数码管的电路图
8.报警系统电路
报警系统电路图如图10所示。
设计要求在第30秒报警。
将高位片的74LS160加法计数器的输出端QA2，QB2，QC2接出作为控制信号，接到74LS138数据选择器的A，B，C端。
当加法计数器计数到30时即高位片的输出为0011（即十进制的3）时，74LS138译码器的输出端Y3’为有效的低电平。
Y3’端口接到一二极管的阴极，阳极接限流电阻接高。
可以完成在第30秒时报警的任务。
QC2QA2
QB2
图10报警系统原理图
4、性能测试
1.直流稳压电源的测试
表1直流稳压电路测试数据表
R值（kΩ）
C1值（μF）
C2值（μF）
C3值（μF）
输出电压（V）
1
1000
0.1
0.1
5
2.多谐振荡电路的测试
表2多谐振荡电路的测试数据表
R1值（kΩ）
R2值（kΩ）
C值（μF）
频率（Hz）
周期（s）
51
47
10
0.991
1.009
3.电路整体性能测试
电路清零后开启计时，时间显示为00，经过5秒后显示05，再经过5秒显示10......最后显示30秒时报警灯亮起。
符合实际和设计要求。
五、结论
通过Multisim软件仿真以及实际电路测试，验证了此方案的可行性与正确性。
运用555定时器，比较器，译码器，数据选择器，寄存器，器件简单可操作。
此方案原理简单易懂，操作性强，可实现，是一个简单的可预置的定时器显示报警系统。
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
[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
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
A1
555定时器
NE555P
1
2
U1
十进制加法计数器
74LS160
2
3
U3
两输入的与非门
74LS00
1
4
U4
比较器
74LS85D
2
5
U6
显示译码器
74LS47
2
6
U8
共阳极数码管
BS201B
2
7
U10
二输入或门
74LS32
1
8
U11
138译码器
74LS138
1
9
LED1
二极管
1N4149
2
10
R1
电阻
51K
1
11
R2
电阻
47K
1
12
R3
电阻
680
1
13
R4
电阻
50
2
14
C1
电容
10uF
1
15
C2
电容
103
1
16
S1
单刀双掷开关
SWP-3
1
17
U2
三端稳压器
LM7805
1
18
C3
电容
500uF
1
19
C4
电容
1uF
1
升级会员 