计数报警器电路设计.docx

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计数报警器电路设计

课程设计说明书

题目：

计数报警器电路设计

课程名称：

数字电子技术

学院：

电子信息与电气工程学院

学生姓名：

学号：

专业班级：

指导教师：

2013年6月7日

课程设计任务书

设计题目

计数报警器

学生姓名

所在院系

电子信息与电气工程系

专业、年级、班

自动化2011级2班

设计要求：

1.设计制作一个计数报警电路；

2.计数最大值为99，用七段数码管显示；

3.计数溢出时发出声光报警信号，报警时间长度为10秒，报警光信号用红色LED表示；

4.计数脉冲用按钮产生。

学生应完成的工作：

设计计数报警器的工作原理，并利用Multisim10软件进行电路仿真。

利用AltiumDesignerWinter09软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。

根据设计原理对电路进行安装、调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。

参考文献阅读：

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社，2005.

[2]臧春华.电子线路设计与应用[M].北京:

高等教育出版社,2005.

[3]邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：

高等教育出版社，2006.

[4]秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术（第五版）[M].北京：

高等教育出版社，2005.

[5]谷树忠，刘文洲，姜航.AltiumDesigner教程[M].北京：

电子工业出版社，2012.

工作计划：

5月号27—29号完成原理图的设计；5月30号—31号进行PCB设计；5月31号—6月4号制作PCB板；6月5号—6月7号电路板安装与调试，提交课程设计报告。

任务下达日期：

2013年5月27日

任务完成日期：

2013年6月7日

指导教师（签名）：

学生（签名）：

计数报警器

摘要：

本设计是一个计数报警器。

首先设计好方案，本次课程设计大致有计数系统、译码系统、数码管系统、报警系统。

然后分析好如何设计各个单元器件，设计方案完成后画出计数报警器的系统框图。

然后进行分析各个系统的工作原理。

接下来论证方案。

设计理念完成后进行方案实施，第一步是设计好原理图，原理图设计好以后进行PCB板的制作。

制作完成后仿真下检查电路板是否工作。

以上工作完成后，就可以焊接、安装与调试。

得到正确结果与结论。

最后列出元件清单，完成此次课程设计。

关键词：

计数报警；电路仿真软件；触发器；数码管；译码管

1.设计背景…………………………………………………………………1

2.设计方案………………………………………………………………….1

2.1系统框图……………………………………………………………….1

2.2任务分析...................................................................................................1

2.3方案论证…………………………………………………………………2

3.方案实施………………………………………………………………….2

3.1原理图设计………………………………………………………………2

3.2电路仿真…………………………………………………………………6

3.3PCB制作………………………………………………………………..7

3.4安装与调试…………………………………………………………….7

4.结果与结论…………………………………………………………………7

5.收获与致谢…………………………………………………………............7

6.参考文献……………………………………………………………………8

7.附件………………………………………………………………………..9

7.1电路原理图……………………………………………………………….9

7.2PCB布线图……………………………………………………………...9

7.3调试后实物图…………………………………………………………….10

7.4元器件清单……………………………………………………………….11

1.设计背景

随着社会的进步和科学技术的发展，数字电子技术的理论和应用的得到了飞速的发展，数字控制系统和数字电子设备已广泛应用到各个领域，因而电子信息工程、自动化、通信工程、机电一体化及相关专业的计数的技术人员需要掌握数字电子技术的基础知识.数字电子技术在科学技术的发展与市场的巨大需求的带动下迅速的发展着，数字电子技术的应用领域也得到了扩大，数字电子技术的发展与壮大已经逐渐占领了全球信息化进程的主导地位。

此次设计任务为设计一个计数到达99时的计数报警器。

要求计数最大值为99，当计数达到99的时候发出声光报警信号，报警时间长度为10秒，报警信号用红色LED灯表示，计数脉冲用按钮产生。

2.设计方案

2.1系统框图

本次课程设计由计数报系统、译码系统、数码管系统、报警系统四部分组成。

系统框图如图2.1所示。

图2.1计数报警器系统框图

2.2任务分析

本设计用到两片74LS192和一片74LS00组成100进制计数，用两片74LS47来驱动两个共阳数码管，计数次数由数码管显示。

用555定时器组成单稳态触发电路产生10秒脉冲驱动扬声器和LED，以此来产生报警信号。

2.2方案论证

计数电路用两片74LS192实现100进制,用开关的闭合与打开产生计数脉冲。

将计数脉冲信号送到74LS192芯片的UP端，由于74LS192是十进制可逆计数器，所以当计数器记到9时，当下一个脉冲信号到来时它就要产生一个进位信号，其中第一片74LS192的进位溢出接到第二片74LS192的UP端，这样就可以实现00到99之间的计数。

当十位上的数字计到9时，下一个脉冲信号到来时它也要产生一个进位信号，这个信号可以用来控制声光报警系统的工作；在计数器的计数过程中，我是需要显示出当前的数字的，所以这就要用译码电路来实现，然后将74LS192芯片的对应接口接到74LS47芯片上，这时74LS芯片就可以接收到信号译码，将译码后的信号送到数码管，数码管就可以显示当前计数器所计的数字。

声光报警系统用LED灯和蜂鸣器来实现。

把第二片的进位溢出接到555单稳态触发的输入端，当计数99后由于第二片进位溢出从而触发555单稳态电路，由其输出10秒的脉冲来驱动扬声器和LED产生报警，所以本方案可以实行计数报警。

其中报警时间10秒有RC决定，本设计C=100uF,R=1K。

其中数码管的驱动电流大概为10mA左右，用500欧的电阻限流。

3.方案实施

3.1原理图设计

首先选择好器件。

本次课程设计所需要的器件有74LS192两片、74LS47两片、74LS00一片、共阳极数码管两枚、电阻若干、电容若干、四脚开关一个、六角开关一个。

首先根据74LS192的逻辑功能，将两片74LS192连成百进制计数器，是输出的数字为从0到99，然后清零。

用一个1KΩ的电阻和一个100uF的电容、1uF的电容以及555组成单谐振荡器，和74LS192相连。

译码功能用74LS47来实现，分别将两片74LS47连接到两片74LS192的相应端，然后将两枚共阳极数码管和两片74LS47相连来实现计数器所计的数字。

报警装置有555定时器、LED灯和蜂鸣器组成。

计数系统由两片74LS192组成.将计数脉冲信号送到第一片74LS192芯片的UP端，由于74LS192是十进制可逆计数器，所以当计数器记到9时，当下一个脉冲信号到来时它就要产生一个进位信号，其中第一片74LS192的进位端CO引脚溢出接到第二片74LS192的UP端，这样就可以实现00到99之间的计数。

当十位上的数字计到9时下一个脉冲信号到来时它也要产生一个进位信号。

以此来实现计数功能。

计数系统如图3.1所示。

图3.1计数系统图

译码系统由两片74LS47来实现。

然后将74LS192芯片的QA、QB、QC、QD分明接到74LS47芯片的A、B、C、D端，这时74LS芯片就可以接收到信号译码，将译码后的信号送到数码管。

译码系统如图3.2所示。

图3.2译码系统

报警系统由555定时器、LED灯、蜂鸣器组成。

555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路。

当计数系统计数到99时，传出的信号进入到定时器的TRI引脚，同时引发蜂鸣器报警，LED发出红色的光，持续10秒。

报警系统如图3.3所示。

图3.3555定时器

数码管显示系统由两个共阳极数码管组成。

数码管的A、B、C、D、E、F、G端分明接到译码器的OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG端接受来自译码器所译出的数字。

如图3.4所示。

图3.4数码显示系统

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3.2电路仿真

在各单元设计好的基础上，用Multism10软件根据绘制好的各单元，进行仿真，期间可能会出现不能正常实现原先所设定的功能，但经过思考与修改，以及在老师的帮助下发现自己的错误与不足，并接受老师给予的意见和建议，设计出能正常实现所要求的功能的电路图，用Multism10进行仿真，得出所要的结果。

在各单元电路设计的基础上，用Multism10软件把各单元电路连接起来，绘制出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。

系统整体电路设计完成后，对系统整体进行仿真，验证设计的正确性。

计数报警器仿真如图3.5所示。

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图3.5计数报警器仿真图

3.3PCB制作

用AltiumDesignerWinter09设计原路图,原理图设计完成后检查各个器件的封装是否符合本次课程设计的要求。

检查完成以后，利用网络表导入元件，然后生成PCB，把各个器件放置合适的位置后就可以开始布线了。

布线完成后进行热转运，腐蚀（腐蚀液选用一定浓度的的双氧水和浓盐酸溶液配制而成），钻孔，即可完成PCB的制作。

（注意：

在PCB布线时最好加宽电源线，信号线不要过长）

3.4安装与调试

首先建立PCB文件，对元件选择正确封装，利用网络表导入元件，布线之前尽量把器件放置合适的位置。

还要进行一系列的参数设置，如电源线0.8mm,焊盘为1.6mm×2.0mm。

然后进行布线（最好选择手动布线）.。

然后，在老师的帮助下制出电路板，在制板的过场中我了解到了如何裁剪板子，如何打印，钻孔，腐蚀等制作过程。

电路板制作好以后就要安装器件进行焊接了，安装器件的过程中容易出现器件安装错误的现象，我选择的方法是对着PCB板逐个的安装，以避免不必要的错误，器件安装好以后进行焊接。

焊接的过程中也会出现小错误，如焊接出现短路，引脚没有焊接好，这些都是在焊接中容易出现的情况，所以在焊接的过程中要十分的小心。

下一步进行的工作就是调试了，调试的过程中可以发现焊接过程中出现的错误，进行修正使得器件进行正常工作。

4.结果与结论

设计实现了预期的结果，实现了计数与报警的功能！

但由于设计之前未考虑到提供电阻的阻止在焊接时无法找到合适的电阻，不得已更换元件以及电阻。

5.收获与致谢

这次为期两周的课程设计实习期间，我学习到了不少的知识.其中包括Mulitium10软件和AltiumDesignerWinter09软件的应用以及对各个器件的应用有了更深刻的理解和认识.同时我的动手能力也得到了大大的提升，本次课程设计要求动手能力很强，而且也是一个有严谨的态度才能完成的，它要求我必须一丝不苟，这在很大程度上考验了我的能力和耐心，设计中遇到的问题我及时向同学和老师请教，得到了及时的解决。

顺利的完成了本次课程设计。

6.参考文献

[1]童