可预置的定时显示报警系统1.docx
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可预置的定时显示报警系统1
课程设计任务书.............................................................I课程设计成绩评定表.........................................................III
中文摘要...................................................................
1设计任务描述
1.1设计题目：
可预置的定时显示报警系统
1.2设计要求
1.2.1设计目的
（1）掌握可任意预置时间的显示报警系统的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2基本要求
（1）设计一个可预置30秒的显示报警系统；
（2）要求预置30秒减到0秒报警（也可预置0秒加到30秒报警）；
（3）有时间显示电路（每五秒显示一次），系统能准确地预置和清零并且归零时发出报警声；
1.2.3发挥部分
（1）整时报警电路，（30秒、20秒、10秒、0秒各报警一次）；
（2）每隔5秒显示一次时间（30秒、25秒，……，0秒显示），系统能准确地预置和清零；
2设计思路
报警系统是我们日常生活中所常见的，可预置的时间报警系统是整个报警系统的小分支，在生活中也经常能够用到，其便利之处在于能脱离人为的操控，实现了自动报警的目的。
我所设计的可预置的时间报警系统由脉冲发生电路、分频电路，计数电路、译码显示电路、比较电路、报警电路这六大部分组成，六个部分的分工协作实现了这个可预置的时间报警系统的任意预置时间和报警的功能。
此系统的大致行程是人为预置一个时间，由脉冲电路发起，此系统的计时器是30秒计时报警器，所以计时器需要的是1Hz作为脉冲计数，但是我所设计的脉冲产生源是由555多谐振荡器产生的脉冲，所以脉冲过高，因此我用两块16进制和1块10进制计数器，作为分频使用，其分频原理为前一计数器计满它的一整个进制才会以进位端输出信号，将这个信号接入下一个计数器的CP，那么第二块计数器的计数频率就会降为f/x（f为振荡输出频率，x是进制数）从而达到分频效果。
为使该系统具有定时显示时间的功能，必须加入一个器件，其功能是如果达到了预置时间即跳到下个环节，即将脉冲信号传入一个有存储功能的器件---锁存器。
在倒计时显示时，要求显示器之显示5的倍数时间，即：
30，25，20，15，10，05，00，所以，在计数器与译码器之间加一个锁存器，我用74LS193十六进制加法计数器连为5进制后，将1Hz的信号输入给74LS193的脉冲DOWN端，当74LS193计出一个5后，将其信号作为有效信号交给锁存器，使锁存器存储当前1，2计数器输出数值并交给译码器显示。
当74LS193计数为非5时，即，无效信号，锁存器即不存储当前1，2所输出的数值，仍然输出上次所存储的数值给译码器显示，从而达到每5秒存储一次数据并且显示的目的，并且使得蜂鸣器发出声音，以提示预置的时间已经到了，该系统会每5秒显示时间，这样就能达到预置时间与报警的功能。
而且在系统启动后，即30、20、10、00时刻都能实现报警，从而实现了启动与到时四次整时报警的目的
我设计的报警电路是用555单稳态触发器和555多谐振荡器构成的，单稳态触发器的作用是给多谐振荡器提供一个持续的脉冲宽度，以保证其持续报警。
3设计方框图
4各部分电路设计及参数计算
4.1振荡器
振荡器是整个电路的输出源，只有振荡器不停的工作才能保证电路中源源不断地脉冲信号输入，我采用的是555定时器组装改成的多谐振荡器，多谐振荡器是由两个单稳态触发器构成的，在总电源与振荡器之间加一个开关，当开关闭合后，电流输入，振荡器开始工作，并输出一定的脉冲信号，我选用的电阻为1.6KΩ和2.0KΩ，选用电容C=0.1µF为要求输出频率为2560Hz，内部比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。
555多谐振荡器的逻辑电路及工作波形图
4.2分频器
该课程设计要求为做一个30秒计时报警器，所以计数器需要以1Hz作为CP脉冲信号作为计数信号，而振荡器所产生的脉冲信号频率过高，所以我用两块16进制和1块10进制计数器，作为分频使用，其分频原理为前一计数器计满它的一整个进制才会从进位端输
出一个进位信号，将这个信号接入下一个计数器的CP输入端，那么第二块计数器的计数频率就会下降，即原频率为F的话则这个计数器计数的频率就降为F/x（x是前一计数器的进制数）从而达到分频效果。
分频器的逻辑电路
4.3计数器
计数器作为该设计电路最重要的一部分我使用了74LS193，十六进制计数器。
实现可预置30秒的报警系统，首先要将异步减法计数器预置成30秒，个位计数器连接成十进制减法计数器，当CP脉冲进入到脉冲接受端DOWN时，计数器开始工作。
依次从30秒开始递减，通过输出端信号进一步控制其他原件。
表4.3074LS193的功能表
清零
预置
时钟
预置数据输入
输出
CLR
LOAD
UP
DOWN
A
B
C
D
QA
QB
QC
QD
H
x
x
x
x
x
x
x
L
L
L
L
L
L
x
x
A
B
C
D
A
B
C
D
L
H
↑
x
x
x
x
加计数
L
H
↑
x
x
x
x
减计数
4.4锁存器及其控制电路
在倒计时显示时，要求显示器之显示5的倍数时间，即：
30，25，20，15，10，05，00秒时进行显示，所以，我在计数器与译码器之间加一个锁存器，来用锁存器将5的倍数时间存住并持续输出给译码器，锁存器我使用器件74LS77W，对锁存器起控制的电路我用的是74LS193连接成的五进制减法计数器的输出作为控制信号，这样将1Hz的信号输入给74LS193的CPA端，当74LS193计出一个5后，将其信号作为有效信号交给锁存器，使锁存器存储当前1，2计数器输出数值并交给译码器显示。
当74LS193计数为不是5时，即为无效信号，不对锁存器进行操作这样锁存器就不会不存储当前1，2计数器所输出的数值，仍然输出上次所存储的数值给译码器要求显示器显示，从而达到每5秒存储一次数据并且显示的目的
锁存器及其控制电路
4.5译码显示电路
对于译码器，我选用的是74LS48D共阴极七段显示译码器，它输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器，该集成显示译码器设有多个辅助控制器，以增强器件的功能。
此译码器用于分段式数码显示电路，因为对应于某一组数码，译码器应有确定的几个输出端有信号输出，而此译码器正是有这样的特点，所以被广泛运用到该电路中。
在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观的现实出来，一方面供人们直接读取测量和运算结果，另一方面用于监视数字系统的工作情况，因此，数字显示电路是数字系统中不可缺少的部分。
数码显示器时用来显示数字、文字或符号的器件，一般有三种类型：
第一种是字形重叠式，如辉光放电管、边光显示管等；第二种是分段式，荧光数码管等；第三种是点阵式，如场致发光记分牌等。
我采用的是共阴极显示器来配合共阴极译码器使用。
译码显示逻辑电路
4.6报警电路
这个报警电路时由发声电路、555单稳态电路、555多谐振荡器组成，其工作如下：
采用一个单稳态电路控制多谐振荡器在规定时间内产生脉冲信号，使蜂鸣器发出声音。
首先用一个555定时器构造一个单稳态电路，再用另一个555定时器构造一个多谐振荡器，将单稳态电路的输出信号接至多谐振荡器4脚复位端，当低脉冲信号经过“或”门传到单稳态555电路时，会使其进入一个输出高电位的暂稳态，持续时间tw=1.1Rc,因为555定时器的4脚复位端为低有效，暂稳态期间3脚输出端高电平便会使4脚复位端失效，多谐振荡器的555电路就可以开始工作产生脉冲信号给蜂鸣器，使蜂鸣器发出声音，充当警报。
报警逻辑电路
4.7门电路
用一个“或”门将1计数器的借位输出端与另一或们输出端连接在一起，1计数器借位输出端会一直输出低信号，而2计数器只有当输出端为0000是才有低信号输出，并且最后单稳态电路需要一个低电平的下降沿进行触发，所以用这个“或”门，当2计数器记至0时，即达到规定时间，此时，“或”门开通，触发信号被传送出去。
门电路
4.8参数计算
信号源多谐振荡器555中，Vcc=5VC
=0.1µFR1=1.6KΩR
=2.0KΩ
信号源产生频率为F=1.43/（1.6+2*2.0）*103*0.1*10-6=2560Hz
单稳态555电路R1=910MΩC
=0.06µF
得出暂稳态持续时间TW=1.1R1C
=1.1*910*106*0.06*106=60（S）
报警电路555中Vcc=5VC
=1µFR1=100KΩR
=56KΩ
振荡器产生频率为F=6.7Hz
5工作过程分析
此系统的大致行程是人为预置一个时间，由脉冲电路发起，此系统的计时器是30秒计时报警器，所以计时器需要的是1Hz作为脉冲计数，但是脉冲产生源是由多谐振荡器产生的脉冲，所以脉冲过高，因此用两块16进制和1块10进制计数器，作为分频使用，其分频原理为前一计数器计满它的一整个进制才会以进位端输出信号，将这个信号接入下一个计数器的CP，那么第二块计数器的计数频率就会降为f/x（f为振荡输出频率，x是进制数）从而达到分频效果。
为使该系统具有预置时间的功能，必须加入一个比较器，其功能是与所预置的时间产生对比，如果达到了预置时间即跳到下个环节，即,将脉冲信号传入一个有存储功能的器件---锁存器。
在倒计时显示时，要求显示器之显示5的倍数时间，即：
30，25，20，15，10，05，00，所以，在计数器与译码器之间加一个锁存器，我用74LS193十六进制减法计数器连为5进制后，将1Hz的信号输入给7LS193的CPa，当74LS193计出一个5后，将其信号作为有效信号交给锁存器，使锁存器存储当前1，2计数器输出数值并交给译码器显示。
当74LS193计数为非5时，即为无效信号，锁存器便不会不存储当前1，2所输出的数值，仍然输出上次所存储的数值给译码器显示，从而达到每5秒存储一次数据并且显示的目的，并且使得蜂鸣器发出声音，以提示预置的时间已经到了，该系统会每5秒显示时间，这样就能达到预置时间与报警的功能。
而且在系统刚启动，即30时刻也能实现报警，从而实现了多次报警的目的。
我设计的报警电路是用555单稳态触发器和555多谐振荡器构成的，单稳态电路会在接到计数结束的低脉冲信号后进入暂稳态，输出一段高电平作为使多谐振荡器工作的控制信号，在这个持续的脉冲宽度间，多谐振荡器就可以工作输出脉冲信号来使蜂鸣器发出声音，达到报警的目的。
6元器件清单
序号
元件名称
元件型号
数量
1
集成计数器
74LS161
2
2
七段显示显码器
74LS48
2
3
集成计数器
74LS160
1
4
集成计数器
74LS193
3
5
4位数值比较器
74LS85
2
6
显示器
LED显示器
2
7
锁存器
74LS77
2
8
555定时器
555virtual
3
9
与非门
74LS00D
2
10
或门
74LS32D
3
11
非门
74LS04D
4
7主要元器件介绍
7.1集成计数器74160
74160是4位二进制同步加计数器，具有如下功能
1.异步清零2.同步并行预置数3.保持4.计数
集成计数器74160功能表
清零
预置
使能
时钟
预置数据输入
输出
RD
LD
EP
ET
CP
A
B
C
D
QA
QB
QC
QD
L
X
X
X
X
X
X
X
XX
L
L
L
L
H
L
X
X
A
B
C
D
A
B
C
D
H
H
L
X
X
X
X
X
X
保持
H
H
X
L
X
X
X
X
X
保持
H
H
H
H
X
X
X
X
X
计数
74LS160是4位二进制同步加计数器，引脚图中，CP为时钟信号输入端，下降沿有效。
RD为异步清零端，LD是预置数控制端，A、B、C、D是预置数据输入端，EP和ET是计数器使能（控制）端，RCO（=ET·QA·QB·QC·QD）是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。
其中所谓异步清零指的是RD为0时不管其他输入端的状态如何，包括时钟信号CP，计数器输出将被直接置零，而同步置数指的是LD端为O后还需要有可用的时钟信号CP才可以进行置数工作。
7.27448共阴七段译码器/驱动器
有效高电平输出：
内部有升压电阻因而无需外部电阻；输出最大电压5.5V；吸收电流6.4mA
7448共阴七段译码器/驱动器管脚图
十进制数或功能
输入
BI/RBO
输出
LT
RBI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
0
H
X
L
L
L
L
H
ON
ON
ON
ON
ON
ON
OFF
1
H
X
L
L
L
H
H
OFF
ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
2
H
X
L
L
H
L
H
ON
ON
OFF
ON
ON
OFF
ON
3
H
X
L
L
H
H
H
ON
ON
ON
ON
OFF
OFF
ON
4
H
X
L
H
L
L
H
OFF
ON
ON
OFF
OFF
ON
ON
5
H
X
L
H
L
H
H
ON
OFF
ON
ON
OFF
ON
ON
6
H
X
L
H
H
L
H
OFF
OFF
ON
ON
ON
ON
ON
7
H
X
L
H
H
H
H
ON
ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
8
H
X
H
L
L
L
H
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
9
H
X
H
L
L
H
H
ON
ON
ON
OFF
OFF
ON
ON
10
H
X
H
L
H
L
H
OFF
OFF
OFF
ON
ON
OFF
ON
11
H
X
H
L
H
H
H
OFF
OFF
ON
ON
OFF
OFF
ON
12
H
X
H
H
L
L
H
OFF
OFF
ON
OFF
OFF
ON
ON
13
H
X
H
H
L
H
H
ON
OFF
ON
OFF
OFF
ON
ON
14
15
H
H
X
X
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
ON
OFF
ON
OFF
ON
OFF
BI
X
X
X
X
X
X
X
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
RBI
H
L
L
L
L
L
L
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
LT
L
X
X
X
X
X
X
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
7448共阴七段译码器/驱动器功能表
7.3555定时器-
555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。
该电路应用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
5G555管脚图
输入
输出
Vi1
X
＜2/3Vcc
＞2/3Vcc
＜2/3Vcc
Vi2
X
＜1/3Vcc
＞1/3Vcc
＞1/3Vcc
RD
L
H
H
H
Vo
L
H
L
不变
T
导通
截止
导通
不变
555定时器功能表
7.474LS00与非门
74LS00与非门引脚图
74LS00与非门功能表及工作介绍
74LS00为四2输入与非门,有四个双输入端,7脚接地,14脚接电源.同输入相同,则输出相反,输入不同,则输出高电平.
小结
很多时候都会发现，当一个人越在乎一件事时，也许就会把这件事做的更糟，就象这次的课程设计。
本想努力让自己的课程设计好一些再好一些，所以一切都那样努力，但是过于紧张的答辩让我失去了信心，想过放弃，只要有个差不多的成绩就好，可是心底在告诉我不要放弃自己，不要后悔的机会，就这样我认真的完成了这次设计。
在课程基本结束，期末考试即将到来的时候，我们开始了为期两个星期的课程设计，对于这个新开课的科目，心里有太多的未知数找不到答案：
平时的课程都不容易接受，这次的课程设计会不会很难，老师讲的东西能让我容易接受吗，会不会出现一些我没接触过的知识……，带着这些问题开始了这次的数字电子的课程设计。
刚开始设计的时候有太多的问题，面对一大堆的电路图，感觉平时轻松的大脑一下子就被塞进去很多还没完全接受的知识，想想平时我都只是一味的跟着老师讲课的节奏来学习，很少会碰到比较棘手和头疼的问题，课程设计刚开始我就发现了平时机械化听老师讲课的弊端了，对于一些新出现的东西，我不知道该从四面地方下手去解决问题，甚至布知道该怎么作才能查到这个问题的出处，并且还有期末考试即将到来的压力，双重的巨大考验逼迫我几乎把所有可以利用的时间都投了进去，不知道该怎么去面对这两个大问题，经过几天的“学习”才发现，没有计划的盲目乱学只是在消耗时间，有合理的时间分配才能事半功倍。
把自己置身于课程设计中才发现，其实课程设计的东西都不是很难做，无非是考验我们实际动手的能力、锻炼自己，使自己在设计中培养出良好的大局观，冷静的思维，明确自己在做什么，该如何做，使我们不只是局限于书本上的理论知识。
在设计的过程中虽然遇到了不少问题，也曾想偷懒过，但是经过努力当自己把问题解决得时候又对接下来的挑战充满了信心。
有的时候解决完一个问题后，感觉终于可以松一下才发现接下来的任务更难，这不仅是对自己实际动手动脑能力的考验，同时也是在和自己的自信交战，每次自己的操作快完成的时候发现其实有更好的方案，为了自己的那么点追求完美的心态，还是迫使自己憋足了劲，重新再来吧！
就这样，在不知不觉中，我们也结束了这次的课程设计，总结起来，问题不少，收获也不少！
这次设计我得到了一个小小的心得，那就是从来都不要对自己说“还行一般凑合”，这是对自己严重的不负责每当我觉得这个步骤作得还可以得时候才发现自己的这个还可以给接下来的设计造成了很大的影响，同时也不要对自己丧失信心，灰心事最大的失败。
面对桌子上一堆的器件，千万不能慌乱，切忌不能急躁马虎，按照老师的程序，结合书本的知识，一步一步做，你会发现其实自己也可以独立完成。
遇到不知所措的问题，自己先查找相关文献，实在找不到再请教别人，即使这个问题最终你没能亲自解决掉，但是最起码你的印象很深刻，以后对待同类的问题不会再不知所措了，这就是进步。
伴随着还算完成课程设计胜利的喜悦，我们的设计结束了，虽然课程设计结束了，但是我们本学期的任务还没完，还得接受期末考试的直接冲击，这次的课程设计虽然很短，但是从中我学到了很多知识，对自己的成长和处理事情的能力都很有帮助，最得意的是开始时看起来那么难的巨大的设计工程现在竟然完成了，尽管有些地方不是自己独立做出来的，但是还是很高兴，能在实践中锻炼自己，就算过程有些痛苦，但是结果还是甜的！
致谢
能顺利完成本次的课程设计，需要感谢的人还挺多的，首先感谢和我一起奋战在设计第一线的小组的成员，在课程设计中能抽出时间来帮我解决问题，能为我们小组提出宝贵的意见和建议，使我们在设计中尽可能的少走弯路，尽快完成任务，其次，还要感谢这些天来一直陪在我们身边的课程设计指导老师，如果没有老师的指点，我们还需要走很多的弯路，同时能耐心的指导我们，帮助我们对设计作品做出改装，及时指出我们的设计作品所存在的问题，使我们的设计作品更趋于完美，也使我们在设计过程中能更好的理解设计的步骤，既锻炼了自己动手的能力，又增长了知识，最后还要感谢能给我们这次设计机会的院领导和系领导，感谢他们为我们提供了实践的舞台，使我们再学习理论知识的同时也接触实践操作，这样不仅能使我们更容易理解平时上课所学习的书本知识，同时能增强我们自己独立实践的能力，使我们的学习生活更丰富。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础（数字部分）.北京：
高等教育出版社，2000
[2]陈振容,程冰.美化生活电路制作速成.北京：
国防工业化出版社,2002
[3]刘修文.新编电子控制电路300例.北京：
机械工业化出版社,2000
[4]电子工程手册编委会和集成电路手册分编委会.中外继承电路简明素查手册TPLCMOS电路.北京：
电子工业出版社，1991
[5]赵负图.数字逻辑集成电路手册.北京.化学工业出版社.2004年11月
附录A1逻辑电路图
附录A2实际接线图
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