可预置30S的定时显示报警系统课设.docx
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可预置30S的定时显示报警系统课设
沈阳工程学院
课程设计
设计题目:
可预置30S的定时显示报警系统
系别自动化学院班级测本
学生姓名学号
指导教师职称讲师
起止日期:
2014年9月1日起——至2014年9月5日止
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目:
可预置30S的
定时显示报警系统
系别自动化学院班级
学生姓名
学号
指导教师职称讲师
课程设计进行地点:
F303
任务下达时间:
2014年8月31日
起止日期:
2014年9月1日起——至9月5日止
教研室主任2014年8月31日批准
课程设计(论文)任务书
1.设计题目:
可预置的定时显示报警系统
1.1设计目的:
(1)掌握可预置的定时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)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;
(4)可控制的计数、(锁存、)译码、显示系统。
1.3发挥部分:
(1)双报警电路(启动与到时各报警一次);
(2)单报警电路(到时报警一次);
(3)其他。
2.设计过程的基本要求:
2.1基本部分必须完成,发挥部分可以在已给的或自己寻找的资料范围内任选1-2个方向:
2.2符合设计要求的报告一份,其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份;
2.3设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交;
3.报告的基本要求:
3.1蓝黑色或黑色钢笔或碳素笔书写,不允许用圆珠笔。
项目齐全、字迹工整,有条件的可以打印,不少于3000字,有条件的可打印,不允许复印。
3.2装订顺序:
封面、任务书、成绩评定表、中文摘要、关键词、目录、正文(正文的具体要求按老师讲课要求)、致谢、参考文献、附录(逻辑电路图与实际接线图)。
4.时间进度安排:
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
1
2014.9.01
主要设计内容,原始框图
打分
2
2014.9.02
框图及初步原理图完成情况
打分
3
2014.9.03
逻辑原理图;书写设计报告
打分
4
2014.9.04
总体逻辑图
打分
5
2014.9.05
答辩、报告
打分
2014-9-1
沈阳工程学院
数字电子技术课程设计成绩评定表
系(部):
自动化学院班级:
学生姓名:
指导教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料;能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2
工作能力
态度
工作态度认真,遵守纪律,出勤情况是否良好,能够独立完成设计工作,
0.2
5
4
3
2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务,工作量饱满,难度适宜。
0.2
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备,书写工整规范。
0.5
5
4
3
2
指导教师评审成绩
(加权分合计乘以12)
分
加权分合计
指导教师签名:
年月日
评阅教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性;有综合归纳资料的能力
0.2
5
4
3
2
工作量
工作量饱满,难度适中。
0.5
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备,书写工整规范。
0.3
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
(加权分合计乘以8)
分
加权分合计
评阅教师签名:
年月日
课程设计总评成绩
分
中文摘要
我设计的是一个30S定时显示报警系统,该电路主要由振荡器,分频器,计数器,报警器,锁存器,译码器,显示器组成。
其中振荡器采用555定时器,由于其频率高故需分频,分频器采用JKFF,分频后的输出频率为1Hz,振荡器和分频器相当于信号源,为电路提供脉冲信号。
分频器输出端连接计数器输入端,本电路计数器采用的是74LVC161,计数器每遇到一个上升沿时计数一次,个位的计数器为十进制,十为计数器为3进制。
个位计到9后变为0,十的计数器加1,十位计到2后变为0,如此便使计数器从00到29循环计数。
计数器输出端通过或非门连接到报警电路,当计数器各位均为0时,报警器报警。
报警电路由电源,三极管放大器以及报警器组成。
计数器输出端另接锁存器,锁存器采用两个或非门,一个或门和一个RS锁存器共同组成,当计数器为0或5时,RS锁存器的Q端输出高电势,输出高电势的Q端与7448译码器使能端连接,故计数器每计数5S,译码器使能端输入一次高电势,显示器就能每隔5S显示一次。
关键词可预置,显示,报警
1.1设计题目:
可预置的显示报警系统之二
1.2设计要求
(1)基本部分必须完成,发挥部分可以在已给的或自己寻找的资料范围内任选1-2个方向:
(2)符合设计要求的报告一份,其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份;
(3)设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交;
1.2.1设计目的
(1)掌握可预置的定时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秒加到0秒报警;
(3)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;
(4)可控制的计数、(锁存、)译码、显示系统。
1.2.3发挥部分
(1)双报警电路(启动与到时各报警一次);
(2)单报警电路(到时报警一次);
(3)其他。
2设计思路
可预置30S的定时显示报警系统设计的整体思路,首先需要一个能产生方波脉冲的信号源为电路提供输入信号,然后是计时用的计数器,接下来就需要显示特定时间,并使报警器在30S时报警。
信号源的确定。
查找资料发现555定时器可产生方波脉冲,但由于其频率为1Hz时不能起振,故需要根据555定时器频率计算公式调整合适的电阻,使之能够起振。
但发现此时的频率过大,不能使计数器准确计时,故需要分频器将频率降低到1Hz。
发现JK触发器的JK端均接1时,每一个下降沿都会翻转一次,实现二分频,多个JK触发器串连在一起便可实现四分频,八分频……根据计算最终确定R1为24.7kΩ,R2为10kΩ,C为0.143μF,串联八个JK触发器。
计数器的确定。
查找资料及听讲的上课内容可决定计数器用74LVC161,根据74LVC161计数器的特点可连接成一个00至29的30S计数器。
但若直接接在显示器则没一个数值均会由显示器显示出来,故需要一个锁存器选择输出到译码显示器的数值,查资料可决定用门电路和RS锁存器共同组成锁存部分,当计数器为0或5时,锁存器输出高电势,译码器接通显示数值。
报警器。
计数器的输出接BJT基极放大,另两端接电源和报警器组成报警电路。
译码显示器的确定。
译码显示器种类很多,根据老师上课所讲内容以及所查资料决定用7448译码器。
3设计方框图
4各部分电路设计及参数计算
4.1振荡器
用555定时器组成的多谐振荡器如图4.1所示,波形如图4.2所示。
接通电源后,电容C1被充电,当
上升到2Vcc/3时,使
为低电平,同时放点三极管T导通,此时电容C1通过
和T放电,
下降。
当
下降到Vcc/3时,
反转为高电平。
电容C1放电所需的时间为
当放电结束后,T截止,Vcc将通过
向电容器C1充电,
由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为
当
上升到2Vcc/3时,电路又翻转为低电平。
由此周而复始,于是,在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。
电路的振荡频率为
图4.1
图4.2
根据频率计算公式
,可使电容为0.143μF,为了使振荡器能够起振且频率不太大,减少分频器的使用取
=24.7kΩ,
=10kΩ
4.2分频器
JK触发器的JK端均接1时,CP端每遇输入波形的下降沿时会翻转一次,从而进行分频,在电路中的连接方式如图4.3,波形如图4.4
图4.3
图4.4
JK触发器的功能表如表4.1所示
CP
J
K
↓
0
0
不变
↓
0
1
0
↓
1
0
1
↓
1
1
翻转
表4.1
由JK触发器的功能表可看出,当J=1,K=0时,触发器的下一状态将被置1;当J=0,K=1时,将被置0;J=K=0时,触发器状态保持不变;J=K=1时,触发器翻转。
在所以类型的触发器中,JK触发器具有最强的逻辑功能,它能执行置1,置0,不变和翻转四种操作,并可用简单的简单的附加电路转化为其他功能的触发器,因此在数字电路中有较广泛的应用。
本分频器根据振荡器的频率进行分频,当串联8个JK触发器时,可使输出端输出的频率为1Hz,故这里采用8个JK触发器进行分频。
4.3计数器
161是可预置、可保持同步的四位二进制加法计数器。
161有TTL系列中的54/74161、54/74LS161和54/74/F161以及CMOS系列中的54/74HC161、54/74HCT161等。
(1)清0。
当清0端Rd=0时,使计数器清0,即使QaQbQcQd=0000。
(2)置数。
当预置端Ld=0,而Rd=1时,在置数输入端A、B、C和D预置某个外加数。
(3)当CP上升沿到达时,可将数据A、B、C、D送到相应触发器输入端,使QaQbQcQd=ABCD,完成置数功能。
(4)计数。
当Rd=Ld=Ep=Et=1时,输入计数脉冲CP,电路状态二进制自然序依次递增1,直到QdQcQbQa=1111时,进位输出端RCO输出高电平进位信号RCO=1。
(5)保持。
当Rd=Ld=1,同时使能端Ep或Et中有一个为0时,无论有计数脉冲CP
(6)送入,计数器状态均不会发生变化。
利用一片161和一个非门,就可以构成N〈=16的任意进制计数器,利用多片161可以在不增加外部器件的条件下,构成同步多级二进制计数器。
本电路中74161计数器采用的是十进制,电路如图4.5所示
图4.5
图4.5所示的十进制计数器,是借助74LVC161的异步清零功能实现的。
74LVC161从0000状态开始计数,当第十个CP脉冲上升沿到达时,输出
=1010,通过一个与非门译码后,反馈给
端一个清零信号,立即使
返回到0000状态。
此刻,产生清零信号的条件已消失,
端随之变为高电平,74LVC161重新从0000状态开始新的计数周期。
这样就跳过了1010--1111六个状态,构成十进制计数器。
需要说明的是,电路是在进入1010状态后,才立即被置成0000状态的,即1010状态会在极短的瞬间存在。
计数器波形如图4.6所示
图4.6
其功能表如表4.2所示
CP
Q3
Q2
Q1
Q0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
1
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
表4.2
此时74161计数器为十进制计数器,可进行十进制的计数。
4.4报警电路
报警电路利用的是BJT放大信号,将放大信号传给报警器。
当来自计数器的信号为000000时,信号经过与非门传给BJT的基极,然后接通报警器并连接电源,电源为报警器提供电压。
电路如图4.7所示
图4.7
4.5锁存器
本电路锁存器是利用两个或非门,一个或门和一个SR锁存器构成,其对于计数器输出信号可以进行选择,当计数器1,即计数个位数字的计数器为0或5时,信号能够通过三个门电路并为SR锁存器输入1,使SR锁存器能够输出1,当计数器为其他值时SR锁存器输出为0。
SR锁存器是一种具有简单功能的双稳态存储电路,电路有两个输入端,其中S端为置1端,R端为复位端或清零端。
SR锁存器的功能表如表4.3所示
S
R
Q
状态
0
0
不变
不变
保持
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
不确定
表4.3
该电路锁存器整体构成如图4.8所示
图4.8
其整体的功能表如表4.4所示
A3
A2
A1
A0
s
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
表4.4
其波形如图4.9所示
图4.9
4.6译码器
7448七段显示译码器输出高电平有效,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端,以增强器件的功能。
7448的功能表如表4.5所示,它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下:
1.灭灯输入BI/RBO
BI/RBO是特殊控制端,有时作为输入,有时作为输出。
当BI/RBO作输入使用且BI=0时,无论其它输入端是什么电平,所有各段输入a~g均为0,所以字形熄灭。
2.试灯输入LT
当LT=0时,BI/RBO是输出端,且RBO=1,此时无论其它输入端是什么状态,所有各段输出a~g均为1,显示字形8。
该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。
LT
RBI
D
C
B
A
RI/RBO
a
b
c
d
e
f
g
H
H
L
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
L
H
×
L
L
L
H
H
L
H
H
L
L
L
L
H
×
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
L
H
H
×
L
L
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
H
×
L
H
L
L
H
L
H
H
L
L
H
H
H
×
L
H
L
H
H
H
L
H
H
L
H
H
H
×
L
H
H
L
H
L
L
H
H
H
H
H
H
×
L
H
H
H
H
H
H
H
L
L
L
L
H
×
H
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
×
H
L
L
H
H
H
H
H
H
L
H
H
表4.5
3.动态灭零输入RBI
当LT=1,RBI=0且输入代码DCBA=0000时,各段输出a~g均为低电平,与BCD码相应的字形熄灭,故称“灭零”。
利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。
此时BI/RBO是输出端,且RBO=0。
4.动态灭零输出RBO
BI/RBO作为输出使用时,受控于LT和RBI。
当LT=1且RBI=0,输入代码DCBA=0000时,RBO=0;若LT=0或者LT=1且RBI=1,则RBO=1。
该端主要用于显示多位数字时,多个译码器之间的连接。
从功能表还可看出,对输入代码0000,译码条件是:
LT和RBI同时等于1,而对其它输入代码则仅要求LT=1,这时候,译码器各段a~g输出的电平是由输入BCD码决定的,并且满足显示字形的要求。
电路中译码器如图4.10
图4.10
4.7显示器
显示器如图4.11所示,为共阴极显示器
图4.11
5工作过程分析
该电路有振荡器,分频器,计数器,报警器,锁存器,译码器,显示器组成,该电路的工作程序如下:
首先,接通电源后,555定时器组成的振荡器起振,一段时间后产生稳定的方波脉冲。
脉冲经过由JK触发器组成的分频器后,高电势与低电势持续的时间相同且稳定,周期也一定。
经过分频器的脉冲为1Hz,进入74161计数器后每一秒计数一次,个位达到1010即9后即刻变为0,而十位加1,当十位为0010即2时,再加1就变为0,同时个位数字也均为0,与非门接通,报警器报警。
并且当个位数字为0000或0101即0或5时信号通过锁存器,锁存器接7448译码器的LT端,信号通过锁存器输入LT的为高电势,译码器接通工作,显示器就能显示此时输入的数字,即5的倍数。
6元器件清单
序号
元器件名称
元件型号
元件作用
数量
1
555定时器
NE555
产生脉冲
1
2
触发器
JK
分频
8
3
计数器
74LVC161
计数
2
4
锁存器
SR
锁存
1
5
三极管
NPN
放大
1
6
译码器
7448
译码
2
7
显示器
共阴极LED
显示
2
8
电阻
24.7kΩ
限流
1
9
电阻
10kΩ
限流
1
10
电容
0.143μF
调脉冲
1
7主要元器件介绍
7.1555定时多谐振荡器
555定时器的介绍
555定时器是目前应用最多的一种时基电路,电路功能灵活,使用范围广,只要在外部配上几个阻容元件,就可以构成单稳、多谐和施密特电路。
因而在定时、检测、控制、报警等方面都有广泛的应用。
典型的TTL定时器有5G555、CMOS定时器有CC7555、CC7556(双定时)。
下面以CMOS产品CC7555为例进行分析。
555定时器的电路内部结构及工作原理
图中为CC7555定时器内部结构的简化原理图。
它包括两个电压比较器C1和C2、一个RS触发器、一个放大管V、三个5k电阻构成的分压电路和由两个反相器构成的输出缓冲级。
R为触发器的直接复位端。
定时器锝工作主要取决于比较器,比较器的输出控制RS触发器和放电管V的状态。
当加上电源Vdd后,比较器C1的反相输入端即控制端(CO)的电压为2Vdd/3;比较器C2的同向输入端电压为Vdd/3。
当阀值输入端(TH)即比较器C1的同向输入端相位高与2Vdd/3时,比较器C1输出高电平,使RS触发器置0,输出Q=0,而Q/=1使放电管V导通。
当触发输入端(/TR)即比较器C2的相反输入端电位低于Vdd/3时,比较器C2输出高电平,使RS触发器置1,输出Q=1,而/Q=0使放电管V截止。
当阀值输入端TH电位低于2Vdd/3,触发输入端/TR电位高于Vdd/3时,比较器C1、输出均为0,即R、S端均为0,输出维持不变。
如果在控制端(CO端)外加一控制电压,可改变电路的阀值输入电压和触发输入电压。
555定时器的功能如表所示。
输入
输出
TH
TR(非)
R(非)
OUT
开关V
×
>2/3Vdd
<2/3Vdd
<2/3Vdd
×
>1/3Vdd
>1/3Vdd
<1/3Vdd
0
1
1
1
0
0
原状态
1
接通
接通
原状态
断开
电路中的定时器
555定时器的工作波形
7.2计数器
74LVC161是一种典型的高性能,低功耗CMOS4位同步二进制加计数器,它可在1.2--3.6V电源电压范围内工作,其所有逻辑输入端都可耐受高达5.5V的电压,因此,在电源电压为3.3V时可直接与5V供电的TTL逻辑电路接口。
他的工作速度很高,从输入时钟脉冲CP上升沿到
输出的典型延长时间为3.9ns,最高时钟工作频率可达200MHz。
74LVC161功能表
输入
输出
CPCR非PE非CEPCET
D3D2D1D0
Q3Q2Q1Q0
×L×××
××××
LLLL
↑HL××
D3D2D1D0
D3D2D1D0
×HHL×
××××
保持
×HH×H
××××
保持
↑HHHH
××××
计数
7.3译码器
7448七段显示译码器输出高电平有效,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端,以增强器件的功能。
7448的功能表如下表所示,它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下:
1.灭灯输入BI/RBO
BI/RBO是特殊控制端,有时作为输入,有时作为输出。
当BI/RBO作输入使用且BI=0时,无论其它输入端是什么电平,所有各段输入a~g均为0,所以字形熄灭。
2.试灯输入LT
当LT=0时,BI/RBO是输出端,且RBO=1,此时无论其它输入端是什么状态,所有各段输出a~g均为1,显示字形8。
该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。
LT
RBI
D
C
B
A
RI/RBO
a
b
c
d
e
f
g
H
H
L
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
L
H
×
L
L
L
H
H
L
H
H
L
L
L
L
H
×
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
L
H
H
×
L
L
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
H
×
L
H
L
L
H
L
H
H
L
L
H
H
H
×
L
H
L
H
H
H
L
H
H
L
H
H
H
×
L
H
H
L
H
L
L
H
H
H
H
H
H
×
L
H
H
H
H
H
H
H
L
L
L
L
H
×
H
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
×
H
L
L
H
H
H
H
H
H
L
H
H
3.动态灭零输入RBI
当LT=1,RBI=0且输入代码DCBA=0000时,各段输出a~g均为低电平,与BCD码相应的字形熄灭,故称“灭零”。
利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。
此时BI/RBO是输出端,且RBO=0。
4.动态灭零输出RBO
BI/RBO作为输出使用时,受控于LT和RBI。
当LT=1且RBI=0,输入代码DCBA=0000时