可预置的定时显示报警电路概要.docx
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可预置的定时显示报警电路概要
1概述
可预置的定时显示报警电路是我们设计的一种可以进行预置定时的报警电路，其中最开始可以进行预置报警时间，然后该电路进行计时，直到时间结束，进行光或声报警（本电路中选取的是光报警）。
可预置的定时显示报警电路需要有计时电路，在此其中所主要的计时芯片则是74LS161，因此以下则对其做一个简单介绍：
TTL集成计数器74LS161
十六进制同步加法计数器在前面已经作了介绍，74LS161就是一个集成十六进制同步加法计数器,考虑到使用的灵活与方便，74LS161比前面介绍的在功能上有所增强,同时也附加了一些控制电路。
74LS161的逻辑电路框图如图1.1所示，功能表见表1.1。
图1.174LS161逻辑电路框图
表1.174LS161的功能表
输入
输出
CR
LD
Tt
Tp
CP
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
C0
0
*
*
*
*
*
*
*
*
0
0
0
0
0
1
0
*
*
↑
d3
d2
d1
d0
d3
d2
d1
d0
1
1
0
*
*
*
*
*
*
保持0
1
1
*
0
*
*
*
*
*
保持0
1
1
1
1
↑
*
*
*
*
计数当计数到1111时C0=1
根据功能表，74LS161的功能说明如下:
（1）异步清0功能。
当CR=0时，不论其它输入如何,输出Q3Q2Q1Q0为0000，表中"×"表示任意。
（2）同步并行置数功能。
LD称预置数控制输入，在CR=1的条件下，当LD=0时，在CP脉冲上升边的作用下，预置好的数据d3d2d1d0被并行地送到输出端，即此时的Q3Q2Q1Q0为d3d2d1d0。
（3）保持功能。
在CR=1,LD=1的前提下，只要TT·TP=0，则计数器不工作，输出保持原来的状态不变。
（4）计数功能。
正常计数时，必须使CR=1，LD=1，TT·TP=1，此时在CP的上升边的作用下，计数器对CP的个数进行加法计数。
当计数到输出Q3Q2Q1Q0为1111时，Co=1，Co=1的时间是从Q3Q2Q1Q0为1111时起到Q3Q2Q1Q0状态变化时止。
2原理图设计
2.1模块设计
本设计电路具有显示报警功能，因而所需要的模块含有计时模块、报警模块、显示模块、时钟脉冲模块和总控模块五大模块共同构成。
图2.1模块图
2.1.1计时模块
该设计电路是可预置的定时报警显示电路，则需要拥有强大和稳定的计时功能。
因此本小组选用74LS161计时芯片作为其主要的计时芯片。
一则是因为它拥有着完整的计时功能，可以方便快捷地提供各式各样的计时功能。
二则这是一款我们在数字系统设计中所常用的芯片，市场上随处可见，而并不是我们在网上所找到的什么所谓的“傻瓜”芯片，这样就更加增强了我们电路的拓展性能。
74LS161芯片的介绍已在前面进行了详细的介绍，在此就不再赘述。
另外，在此计时模块中，是一个30秒的计时器，需要做到一个三进制和十进制的两块芯片。
我利用的是芯片上的清零端来实现清零的功能。
详细叙述如下：
当个位的74LS161芯片U5达到10的时候，芯片的四个输出管脚QdQcQbQa=1010。
即QdQb均为高电平。
则将其取出，连入一个与非门，送入74LS161芯片的CLR低电平有效清零端，则实现清零功能。
另外将Qd连入十位的74LS161芯片的低电平有效时钟端CLK，产生一个时钟脉冲，一个进位，则完成十进制。
当十位的74LS161芯片U6达到3的时候，芯片的四个输出管脚QdQcQbQa=0011。
即QbQa均为高电平。
则将其取出，连入一个与非门，送入74LS161芯片的CLR低电平有效清零端，则实现三进制。
这样，我的计时模块就完成了三十秒的计时功能。
具体电路图如下：
图2.2计时电路图
2.1.2报警模块
在设计要求中，本电路需要一个报警装置。
则我是使用的是D触发器来控制报警灯（或是报警铃声）。
同样，这个不仅仅是我们在数字电路课程上所学习的一向重要课程，而且触发器的内容也是我们在数字电路系统设计中所常常遇见到的。
这里对触发器的使用，不仅仅增强了我对触发器的进一步的认识，同时也提高了我对触发器的理解和其应用。
这里的74LS74D触发器，也是我们在书本以及实验中所常用到的芯片之一，这样的使用通用的芯片，可以增强日后该系统的可扩展性。
在这个报警电路中，我所用到的是74LS74D的芯片——D触发器的一种。
我们知道，在D触发器中，它的状态变化方程是：
因此我们只需要控制住D的具体取值即可控制其输出来达到报警的功能。
我们这个D的来源是十位芯片的清零控制，经过非门之后，进入芯片D端的输入。
这样当其完成了三十秒的计时之后，则其D触发器就可输出一个高电平，从而触发报警灯（或是报警铃声）的响应，完成其报警功能。
具体电路图如下：
图2.3报警电路图
2.1.3显示模块
本次设计中提到了需要进行时间的读秒显示，因而我们就需要用到8段数码显示管。
我们通过译码芯片与外界连接，另外一端则是和8段数码显示管相连。
这样，通过译码芯片的作用，则将系统中的时间利用数码显示管来显示出来。
译码芯片工作原理在此便不再赘述。
具体电路图如下：
图2.4显示电路图
2.1.4总控模块
通常在数字电路系统设计中，是需要一个总开关作为一个总开关的。
本设计中也不例外。
在此设计之中，开关的输出与高电平接入一个与非门接入芯片74LS74D触发器的清一端。
这样当开关是断开的时候（在芯片的管脚处是呈现出悬空而是高电平状态），这个时候，芯片接受的是低电平的信号，因而此时的清一端（低电平有效）作用，输出为高电平，触发报警装置；而开关是闭合的时候，则此时芯片接受的是高电平，清一端不起任何作用，芯片正常工作。
具体电路图如下：
图2.5总控模块电路图
2.1.5时钟脉冲模块
该模块是为全电路提供一个公共的时钟脉冲信号，保持一致的工作步伐，因而我们使用555定时器所构成的多谐振电路来进行发出时钟脉冲。
555定时器内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。
电容器C放电所需时间为：
当放电结束，T截止，将通过、向电容器C进行充电，所需时间为
其振荡频率为
具体电路图如下：
图2.6时钟脉冲电路图
2.2调试
本次设计中，因为摒弃了所有什么国外公司设计的“傻瓜”芯片，使用的元件都是我们在平时的数字电路系统设计中所常用到的元件，因此在设计初就已经为后来打好了基础，在调试的过程中没有遇到什么较大的问题。
在此就我们小组所遇到的一些小问题进行一定的探讨。
在总控模块中，本来是总开关直接连接上芯片74LS74D触发器的清一端，但是由于其断开时（理论上是由于干扰电阻的存在所以导致了高电平），但是这样的状态并不是很稳定，因此我们就商议决定，在开关的后面加上一个与非门，将芯片与开关隔离开，避免这样的“悬空”问题。
3心得体会
本学期我们开设了《电子技术基础（数字部分）》课，这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业有着密切的联系，且是理论方面的指示。
正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。
”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期暨电路刚学完之际，紧接着来一次《数字电子线路》课程设计是很及时、很必要的。
这样不仅能加深我们对电子电路的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。
生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。
劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
通过这次课程设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，才真正意识到我们只有通过勤奋的努力，才能够真正体会到科技带给人类的幸福。
在整个电路课程设计过程中，我们不断地在遇到问题和解决问题之中盘旋。
例如在硬件制作，电路板的焊接上慢慢元件连接起来的时候，手里握着电焊铁，直冒青烟，心理还是很紧张的，但是看着自己的元件一个个连接了起来，自己的心里面像吃了蜜一样的甜。
终于就这样，像爱迪生发明电灯泡的时候一样，历经千万次的猜想与实验，终于使得这个问题得到了圆满的解决。
成功的我高兴地无以复加，只是感觉到劳动最光荣，劳动人民最高尚。
历时这一个星期的课程设计即将在这次的答辩中画上圆满的句号。
回头看看，不禁感慨众多，没有想到我们的科学家，哪怕是我们身边的老师，原来也是如此这般的努力才能够换来今天的幸福生活；离不开你们这些辛勤的工作者，我们的身边这一切才能够如此快捷方便；没有了这一切，我不敢想象社会会如何发展，难道是倒退到那种封建社会，还是奴隶时代？
并且通过了这次模拟电子电路课程设计，我才了解到我们所学的只是原来是如此地贴近我们，其实他们就在我们身边，就在我们身边或大或小的地方，甚至是我们不能发现的地方，而并不是我原先所想象的那样遥不可及，总是好像在那种大房子里面的大机器才会用到这些东西，感觉那些是科学家做的事情，对于我们来说是天方夜谭。
而如今，我才知道了这一切。
我才会，并有这样的动力将我所学的知识来赋予实践。
4参考文献
[1]康华光主编《电子技术基础（数字部分）》高等教育出版社
[2]何首贤，段有艳，邢迎春主编《数字电子及应用》北京大学出版社
[3]李银华主编《电子线路设计指导》北京航空航天出版社
[4]王源主编《实用电路基础》机械工业出版社
[5]王振宇主编《实验电子技术》电子工业出版社
[6]钟谊主编《电子线路实战》科学出版社
[7]王兰君主编《新编电工使用电路500例》石油出版社
[8]吕思忠,施齐云编著《数字电路实验与课程设计》哈尔滨工程大学出版社
附录一——逻辑总图
图5.1逻辑总电路图
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