数字电路课程设计可预置的定时显示报警电路.docx
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数字电路课程设计可预置的定时显示报警电路
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
工作单位：
题目：
可预置的定时显示报警电路
初始条件：
具备电子电路的基础知识和设计能力；具备查阅资料的基本方法；熟悉常用的电子器件；熟悉电子设计常用软件的使用；
要求完成的主要任务：
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、设计定时显示报警电路；
2、预置时间最大30S；
3、数码管显示时间；
4、掌握数字电路的设计及调试方法；
5、撰写符合学校要求的课程设计说明书。
时间安排：
十九周一周，其中2天原理设计，3天电路调试
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
1.电路原理设计····················································
1.1设计要求·····················································
1.2原理框图·····················································
2.芯片介绍························································
2.174LS192······················································
2.274LS00·······················································
2.374LS48·······················································
2.4555定时器····················································
3.单元电路设计····················································
3.1递减计数器··················································
3.2置数控制电路················································
3.3时钟信号控制电路············································
3.4译码显示电路················································
3.5报警电路····················································
3.6秒脉冲发生电路··············································
4.电路图设计······················································
4.1电路原理图··················································
4.2电路原理介绍················································
5.电路仿真························································
5.1绘制电路图··················································
5.2元件设置····················································
5.3仿真结果····················································
6.制作电路························································
6.1生成材料清单················································
6.2焊接电路····················································
7.课程设计心得体会················································
参考文献··························································
1.电路原理设计
1.1设计要求
30秒定时报警电路的具体功能与要求有：
能进行30秒计时，具有时间显示功能，有外部操作开关，可以控制计数器的启动与置数，计数器按递减方式进行，当计数器递减到零时，显示器显示00，计数器停止计时并发出警报。
1.2原理框图
30秒定时期的总体参考方案框图如图，它包括时钟脉冲发生电路、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路等部分组成。
时钟脉冲发生电路产生秒脉冲，计数器完成30秒计时，控制电路控制计时器的启动与置数，译码显示电路显示时间，报警电路完成报警功能。
图1.130秒定时器总体参考方案框图
2.芯片介绍
本次课程设计的定时报警电路经分析设计，具体电路可由十进制递减计数器、置数控制电路、时钟信号控制电路、译码显示电路和报警电路组成。
本次课设选用十进制加减计数器74LS192来完成设计，另外所需的芯片有二输入与非门74HC00，74LS48译码器，555定时器。
下面介绍所用的芯片。
2.174LS192
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器，其引脚图和功能表如下：
图2.174LS192引脚图
表2.174LS192功能表
2.274HC00
74HC00是四2输入与门非，其引脚图和功能表如下：
图2.274HC00引脚图
表2.274HC00功能表
2.374LS48
74LS48是七段数码管译码器驱动器。
其引脚图与功能表如下：
图2.374LS48引脚图
表2.374LS48功能表
2.4555定时器
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。
其引脚图和功能表如下：
图2.4555定时器引脚图
表2.4555定时器功能表
输入
输出
阀值输入（VI1）
触发输入（VI2）
复位（RD）
输出（Vo）
放电管T
x
x
0
0
导通
1
1
截止
1
0
导通
1
不变
不变
3.单元电路设计
本次课程设计的定时报警电路可由十进制递减计数器、置数控制电路、时钟信号控制电路、译码显示电路、报警电路、秒脉冲发生电路等几部分组成。
3.1递减计数器
电路的主要部分是十进制递减计数器，由74LS192构成。
下图为8421BCD码三十进制递减计数器原理图。
图3.18421BCD码三十进制递减计数器原理图
它的计数原理是LD、CPU置1，CR置0时，若时钟脉冲加到CPD端，则计数器在预置数的基础上完成减计数。
预置数为N=（00110000）8421BCD=（30）10。
当低位BO1发出借位脉冲时，高位计数器才作减计数。
当计数器全为零时，BO2将低电平送入两个计数器的LD端，重新置数为30，计数器又开始下一循环的计数。
3.2置数控制电路
置数控制电路的作用是控制计数器的置数和启动。
可以将一个高低电平逻辑开关接到两块74LS192的LD端，当开关置0时，计数器置数，显示三十秒，当开关置1时，计数器从三十秒开始递减计数。
3.3时钟信号控制电路
时钟信号控制电路的接法如图：
图3.2时钟信号控制电路
它作用是让计数器从30秒计数到0时，不再又从30秒开始计数，而是暂停到0，以便报警电路开始工作。
其原理是将BO2和时钟信号CP接入与非门，在接入一次与非门，相当于BO2与CP接入了一个或门，再接到控制个位的74LS192的CPD端，当未计数到零时，BO2为高电平，时钟脉冲可以进入CPD，计数器继续计数，当计数到0时，BO2输出低电平，时钟脉冲通过与门后变为低电平，计数器停止计数，同时报警电路开始工作。
3.4译码显示电路
本电路显示时间采用数码管来显示。
由于74LS192的输出是高电平有效，用74LS48来译码，采用7段共阴极数码管来显示时间。
图3.3译码显示电路
3.5报警电路
本电路采用发光二极管来报警，当计数器计时到零后，BO2输出低电平，因此可以将BO2通过一个反相器与LED相连，此反相器可由BO2接入与非门两输入端构成。
当BO2为低电平时LED就会发光，起到报警作用。
图3.4报警电路
3.6秒脉冲发生电路
秒脉冲发生电路使用555组成的多谐振荡器来构成，电路如图：
图3.5秒脉冲发生电路
4.设计电路图
将以上各单元电路连接起来，就构成了30秒定时电路。
4.1电路原理图
图4.1电路原理图
4.2电路原理介绍
当置数开关置低电平时，计数器置数为30秒。
当置数开关置高电平时，计数器开始计数。
此时BO2的输出为高电平，时钟脉冲可以送入CPD，计数器作减计数。
当计数器计数到0时，BO2输出低电平，时钟脉冲经两个与非门变为低电平，计数器停止计数，同时BO2的低电平经反相后边为高电平，驱动LED发光，达到报警作用。
5.电路仿真
5.1绘制电路图
电路图设计完毕后，为保证该电路确实能正常工作，在焊接电路前应先对其进行仿真。
本次课设使用的仿真软件为EWB，版本为5.12。
首先在EWB中绘制电路图。
首先放置元件，74LS192在工具栏的Digital的Counter中。
各种电源在Source按钮中可以找到，直流电源是Battery，接地是Ground，时钟脉冲信号源是Clock。
电阻和开关在Basic按钮中，LED在Diodes按钮中，逻辑门在LogicGates按钮中，数码管在Indicators中。
将它们拖动到电路图上即可放置元件。
然后连线，用鼠标在线头处拖动，拖到另外一个线头即可完成连线，在线上拖动鼠标可以移动连线的位置，按照电路原理图来连线。
图5.1EWB5软件界面
5.2元件设置
连线完成后要设置元件属性，双击元件即可弹出元件属性窗口，可以设置元件的各种属性。
将直流电源设置为5V，时钟脉冲源频率设置为1Hz，幅度设置为5V。
得到仿真电路图。
图5.2仿真电路图
5.3仿真结果
所有元件设置好后就可以开始仿真了，点击右上角的Activatesimulation按钮即可开始仿真，直接观察数码管的数字即可，可以看到当置数开关置低电平时，数码管显示为30秒。
图5.3仿真结果置数
置数开关置高电平时，电路开始减计数，当计数到0时，计数停止，保持在00的位置。
如图所示：
图5.4仿真结果计数
图5.5仿真结果计数停止
6.制作电路
6.1生成材料清单
制作电路前先生成材料清单，以便于准备元件等材料。
本电路需要芯片，LED，开关，导线，数码管，导线等元件，还要准备电路板来焊接电路。
另外所需的工具有电烙铁，焊锡丝等。
表6.1材料清单
元件类型
数量
74LS192
2
74HC00
1
74LS48
2
LED
1
数码管KEM-5012AS
2
50K电阻
1
100K电位器
1
单刀双掷开关
1
导线
若干
电路板
1
6.2焊接电路
买来元器件后，根据设计出来的电路图来连接导线。
在焊接是要注意，不能随意摆放元件，应该事先想好元件应摆放的位置，以免以后连线出现问题。
把元件摆放到电路板上合适的位置后，根据电路图焊接导线。
在连线时应认真仔细，焊接时要注意不要焊错线。
集成芯片管脚较多，焊接时应更加注意。
焊接完成后检查一下线路以保证连线无误。
最后接上电源测试，如果有问题就进行调试。
7.课程设计心得
在本次的数字电子技术基础课程设计中，我学到了不少东西，下面是我的一些心得体会。
在本次课程设计中，我要设计的计时器电路在实验课上做过，对于原理我是很清楚的，因此在电脑上仿真出计时器并不难。
以前我在课程设计中使用的仿真软件是PSpice和Protel。
在这次课设中，我使用了另一种软件EWB，该软件使用简单，操作方便，结果直观，非常适合本次数电课设的仿真。
通过本次课设我又掌握了一种仿真软件的用法。
通过EWB我设计出了电路的原理图，经软件仿真结果正确，达到了初步设计的要求。
但是在实际制作电路中，还是要考虑许多实际因素的，比如门电路的集成芯片有很多种，应该选择何种芯片才能用最少的芯片和最简单的连线完成设计。
数码管的驱动芯片业要根据数码管类型选择合适的。
在LED的选择上，要考虑到LED的工作电压和工作电流，以确定是否用限流电阻，防止出现LED损坏的情况。
另外在采购元件中，可能买不到电路图中设计的元件，现实中的元件属性可能和电路原理图中不同，这就需要随时际情况修改电路图，以达到设计目的。
比如电阻可能没有合适的阻值，这是可以用不同电阻串联，或用电位器来达到所需的阻值。
数码管译码器如果没有74LS48，也可以用74LS248代替。
这次的课程设计让我收获很大，我了解了EWB软件的用法，更进一步的掌握了计数器的工作原理与设计方法，也加强了我的数电知识，增进了我对数电的学习兴趣。
同时加强了我的动手能力，提高了解决实际问题的能力，对我以后的工作与学习有很大的帮助。
参考文献
[1]康华光，邹寿彬，秦臻．电子技术基础（数字部分），第五版．北京：
高等教育出版社，2006．
[2]欧阳星明，唐九飞，孙百勇．数字系统逻辑设计．北京：
电子工业出版社，2004．
[3]罗中华．数字电路与逻辑设计教程．北京：
电子工业出版社，2006．
[4]钟文耀，段玉生，何丽静．EWB电路设计入门与应用．北京：
清华大学出版社，2000．
[5]陈建业．电力电子电路的计算机仿真．北京：
清华大学出版社，2003．
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业班级
课程设计题目：
可预置的定时显示报警电路
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
最终成绩评定（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
_____________
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