電子技術(shù)課程設(shè)計可預置的定時顯示報警系統(tǒng)

1、可預置的定時顯示報警系統(tǒng)目錄課程設(shè)計（論文）任務書i課程設(shè)計（論文）成績評定表iii中文摘要iv1 設(shè)計任務描述11.1 設(shè)計目的11.2 基本要求11.3 發(fā)揮部分12 設(shè)計思路23 設(shè)計方框圖34 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算44.1 顯示器44.2 譯碼器44.3 鎖存器54.4 數(shù)據(jù)選擇器54.5 計時電路64.6分頻電路74.7雙報警電路控制74.8 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與555多謝振蕩器84.8.1 電路分析84.8.2 參數(shù)計算95工作過程分析106 元器件清單137 主要元器件介紹147.1 74ls290147.2 555多諧振蕩器與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器157.3 74ls192177.4

2、 74ls151187.5 74ls75197.6 74ls4821小 結(jié)23致 謝24參考文獻25附 錄 a1 邏輯電路圖26附 錄 a2 實際接線圖27 1 設(shè)計任務描述1 設(shè)計主要內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計目的 （1）掌握可任意預置時間的顯示報警系統(tǒng)的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法； （2）熟悉集成電路的使用方法。1.2 基本要求（1）設(shè)計一個可預置30秒的顯示報警系統(tǒng)；（2）時間顯示系統(tǒng)為按秒減法或加法計數(shù)均可；當計數(shù)到第30秒時顯示的時間數(shù)字開始閃爍（閃爍頻率為4hz），直到歸零為止；（3）計數(shù)歸零時發(fā)出聲音報警信號并能準確地預置和清零。1.3 發(fā)揮部分（1）雙報警電路，（啟動與到時各報警一次）；

3、2 設(shè)計過程及論文的基本要求2.1 設(shè)計過程的基本要求（1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選1個方向；（2）符合設(shè)計要求的報告一份，其中包括邏輯電路圖、實際接線圖各一份；（3）設(shè)計過程的資料、草稿要求保留并隨設(shè)計報告一起上交；報告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設(shè)計論文的基本要求（1）參照畢業(yè)設(shè)計論文規(guī)范打印，包括附錄中的圖紙。項目齊全、不許涂改，不少于3000字。圖紙為a3，所有插圖不允許復印。（2）裝訂順序：封面、任務書、成績評審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（設(shè)計題目、設(shè)計任務、設(shè)計思路、設(shè)計框圖、各部分電路及相應的詳細的功能分析和重要的參數(shù)計算、工作過程分析、元器件清單、

4、主要器件介紹）、小結(jié)、參考文獻、附錄（邏輯電路圖與實際接線圖）。3時間進度安排2 設(shè)計思路 可預置顯示的報警系統(tǒng)，主要包含三個方面即定時、顯示、報警三部分。一、為實現(xiàn)以秒為單位的定時，首先需要秒脈沖，脈沖由于受到振蕩器件的限制，秒脈沖振的頻率較低，很難直接產(chǎn)生，所以采用高頻振蕩電路，所以選擇了555多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖，然后再分頻，分頻選擇了四個74ls290做為分頻器，其中要先把其連成十進制的計數(shù)器，經(jīng)過四次分頻由此產(chǎn)生秒脈沖，最終將10khz變成1hz頻率。二、秒脈沖產(chǎn)生之后，為實現(xiàn)定時，需要對其進行記數(shù)。這里采用減數(shù)的方式。選擇的器件是74ls192,記數(shù)的目的有兩個，一是控制顯示器的數(shù)字

5、顯示，二是控制報警系統(tǒng)。在控制顯示器的顯示中，首先將其74ls192十位的前兩個端口輸入端接地即低電平，后倆個接5伏電壓即是高電平，控制個位74ls192輸入端接地即是低電平，然后接通電源，此時現(xiàn)實器顯示30，此時顯示器開始倒計時。三、數(shù)字顯示系統(tǒng)中，由于數(shù)字顯示系統(tǒng)要求計數(shù)到第三十秒時顯示時間開始閃爍知直到歸零，這就是開始計數(shù)時顯示，和最后一秒數(shù)字顯示。這里需要鎖存器對計數(shù)器中出來的信號進行鑒別顯示，由于鎖存器74ls75是高電平有效，這里我用555（3）的2端口發(fā)出的低電平信號再加個非門后，輸出的高電平信號給鎖存器控制端的脈沖使最后一秒記數(shù)實現(xiàn)。四、，為了實現(xiàn)控制雙報警系統(tǒng)，我用了兩個55

6、5觸發(fā)器，分別控制三十秒和零秒。選擇輸出所選擇的數(shù)據(jù)實現(xiàn)定時報警。數(shù)據(jù)選擇器選用的器件是74ls151進行選擇，當其輸出端全為零時，此時發(fā)生器就會報警。報警電路是由兩個555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器組成的。其中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是控制發(fā)生器的報警時間的，555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器是控制發(fā)生器報警的頻率的。首先由數(shù)據(jù)選擇器輸出的低電平觸發(fā)555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使其產(chǎn)生觸發(fā)信號，然后進入555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的輸入端，當輸出低電平時，發(fā)生器開始報警。 以上即為可預置的定時顯示報警系統(tǒng)。3 設(shè)計方框圖顯示器顯示器揚聲器驅(qū)動器驅(qū)動器選擇器鎖存器譯碼器譯碼器鎖存器計數(shù)器 計數(shù)器揚聲器振

7、蕩器分頻器4 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算4.1 顯示器led數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，可用來顯示一位09十進制數(shù)和一個小數(shù)點, 小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，我所選用的led數(shù)字顯示器是紅色的，通常約為22.5v，每個發(fā)光二極管的點亮電流在510ma。本電路采用兩個顯示器通過七個380歐姆電阻驅(qū)動，十位顯示0、1、2、3，個位顯示09十個數(shù)字；dp端與電阻相連后通過開關(guān)接地。我所設(shè)置的電路只是足雙報警系統(tǒng)，故led顯示器只顯示 開始的30和最后的0。圖表 14.2 譯碼器該電路是由74ls48七段顯示譯碼器

8、。74ls48七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。其譯碼條件是：lt和rbi同時等于1，而對其他輸入代碼則僅要求lt=1，這時候，譯碼器各段ag輸出的電平是由輸入bcd碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。分段式數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼的。因此，為了使數(shù)碼管能將數(shù)碼所代表的數(shù)顯示出來，必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動器點亮對應的段測試輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“1”消隱輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“0”lt 鎖定端，lt“1”時譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在lt0時的數(shù)值，lt0為正常譯碼。譯碼是編碼的逆過程，是把給定的代碼進行“翻譯”，變成

9、相應的狀態(tài)，使輸出通道中相應的一路有信號輸出。4.3 鎖存器 74ls75鎖存器高電平有效。它的控制端le接收低電位信號就能完成鎖存功能，將輸入的信號傳送到譯碼器進行顯示。當輸入高電位信號時，鎖存器不完成所存，故信號不能被傳送上去，譯碼器就顯示原來的數(shù)字。 4.4 數(shù)據(jù)選擇器 數(shù)字選擇是指經(jīng)過選擇，把多路數(shù)據(jù)中的某一種數(shù)據(jù)傳送到公共數(shù)據(jù)線上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇功能的邏輯電路稱為數(shù)據(jù)選擇器。它的作用相當于多個輸入的單刀多擲開關(guān)。 74ls151是一種典型的集成電路數(shù)據(jù)選擇器，它有3個地址輸入端c、b、a，可選擇d0到d7共8個數(shù)據(jù)源，具有倆個互補輸出端，同向輸出端y和反向輸出端w。輸出端低電平有效。下

10、圖就是我所選用的數(shù)據(jù)選擇器。4.5 計時電路一片74ls192計數(shù)器個位的進位輸出端與另一片十位的使能端cdp、 bo相連后可以集連成30進制的計數(shù)器，。十位設(shè)置為三進制，將qa和qb端信號引出，當輸入為0011即3時，預置端接高電位。個位使能端 cdp、bo,load分別相連后接到高電位，保持74ls192十進制不變。計數(shù)器十位輸入端da、db接高電平，dc、dd接地使十位輸出端，計數(shù)器個位輸入端da、db、dc、dd接地分別與譯碼器74ls75相連。時鐘脈沖cp相連后接到分頻電路的進位輸出端上接收分頻后的秒沖信號。當開關(guān)置于5v電壓時，開始工作。則在接收到秒脈沖信號后計數(shù)開始以秒為單位進行

11、相減計時。當輸出信號為30或0時均能提供給報警電路低電平的信號使之觸發(fā)報警，使之實現(xiàn)雙報警電路。4.6分頻電路將二-五-十進制計數(shù)器74ls290連接成十進制的計數(shù)器，將兩個置九端接地，使其處于工作狀態(tài)，第一片的輸出信號作為第二片的輸入信號，以此類推連接4個74ls290，每當計數(shù)達到1010這個狀態(tài)時，計數(shù)器便會自動清零，重新計數(shù)脈沖信號，其余三片的工作過程與第一片相同。通過四個十進制計數(shù)器分頻后就產(chǎn)生了系統(tǒng)所需要的秒脈沖。將555振蕩器產(chǎn)生的10khz頻率變?yōu)?hz。從最上端輸入的10khz ，由最下端輸出1hz。 4.7雙報警電路控制由計數(shù)器的輸出中通過一個與非門與十位的輸入端a、b,使

12、高電平信號變成低電平輸入到單穩(wěn)態(tài)555的輸入端2，由輸出端輸出高電平信號使揚聲器使上來30秒的時候報警一次。則當計數(shù)為0時，由于選擇器將0選擇，向報警系統(tǒng)輸出低電平信號，經(jīng)電路震蕩后變?yōu)楦唠娖叫盘柺箵P聲器工作。 這是雙報警系統(tǒng)的第一次發(fā)出響聲。也就是預置30秒的時候。這是雙報警系統(tǒng)的第二次發(fā)出響聲。也就是當計數(shù)器減到0時的時候。 4.8 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與555多謝振蕩器4.8.1 電路分析 將555定時器的6、7腳相連接上拉電阻后接5v電源，1腳接地，4腳8腳均接高電平；5腳接兩個電容后與2、6、7腳相連組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；由2腳接受由計數(shù)器經(jīng)單雙報警選擇后的輸出信號控制報警。將3腳與另外一

13、個555定時器的4腳相連，1腳接地，2腳與6腳相連后通過電阻r2與7腳相連，再連接電阻r1后接5v電源；5腳仍連接兩個電容；3腳通過一個電容與揚聲器相連，揚聲器一端接地。第二個555定時器就變成了多諧振蕩器，由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器共同構(gòu)成了555延時報警系統(tǒng)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的2腳接受到低電平的信號使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)，經(jīng)多諧振蕩器后信號變成高電平提供給揚聲器，使揚聲器發(fā)聲。4.8.2 參數(shù)計算 555多諧振蕩器產(chǎn)生頻率：f = 10k hz 經(jīng)4個十進制計數(shù)器分頻后得到信號頻率: f = 1 hz單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555（1）中， vcc=5v c = 0.01 f c = 0.22 f r = 4

14、.5kr = t =700t = t + t = 0.7 (r+r) c+ 0.7 rc= 0.7( r+2 r) c因為t = = 1s所以1 = 0.7 (r + 2 2.4 10) 0.22 10r = 900 k5工作過程分析本電路由顯示器、譯碼器、鎖存器、計數(shù)器和555延時報警系統(tǒng)五部分構(gòu)成。其工作過程如下：接通電源后，工作過程如下：接通電源后，555（1）多諧振蕩器產(chǎn)生10千赫茲的信號，經(jīng)由四片74ls290組成的分頻電路將信號分為1赫茲后連接計數(shù)器的cp脈沖控。由上端口輸入信號，我接的是a與d管腳，所以輸出的信號就是原來基礎(chǔ)的十分之一，一千赫茲。再接一個就是一百赫茲。一共是四個7

15、4ls290進行分頻，最后的輸出信號就是一赫茲。 信號從多謝振蕩器出來后，經(jīng)過分頻最總到達計數(shù)器的cpd輸入端，計數(shù)器開始工作。計數(shù)器（在本系統(tǒng)中設(shè)置的是十進制）進行遞減時，當計數(shù)器接預置的30時，會產(chǎn)生電平信號刺激報警系統(tǒng)，此時產(chǎn)生高電平信號使揚聲器工作。當遞減到0時，有控制電路產(chǎn)生信號使鎖存器工作，鎖存這一狀態(tài)觸發(fā)報警工作。 信號由down輸入，開關(guān)置于5v 電壓此時計數(shù)器開始工作，并由u8的a端b端發(fā)出高電平信號給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器并由此產(chǎn)生高電平信號刺激揚聲器發(fā)出聲音。 這就是低電平信號從tri端進入。第一次聲響結(jié)束后，信號開始上傳。由于74ls151對低電平有效，所以將d0管腳接地，其余管

16、腳都接高電平，c、b、a三個輸入端都接低電平信號，目的是讓0秒的時候使之產(chǎn)生低電平再次刺激揚聲器發(fā)出聲響。 第這個過程就是選擇器將0秒的時候選過去，使揚聲器工作。但是需要使顯示器顯示0秒，而此時，鎖存器一直鎖30秒，必須給一個高電平信號輸入鎖存器的cp端，需要從上面的tri段接個非門，使之成為高電平給鎖存器信號，讓它工作，鎖存0，這個時候顯示0，并且揚聲器也處于工作狀態(tài)。6 元器件清單序號型號說明數(shù)量174ls290分頻器42555定時器3 374ls192計數(shù)器2474ls151數(shù)據(jù)選擇器2574ls75鎖存器2674ls48譯碼器27揚聲器發(fā)聲報警28led顯示器顯示數(shù)字29電阻若干10電

17、容0.01 f611npn三極管312開關(guān)27 主要元器件介紹 7.1 74ls29074ls290為二，五，十進制計數(shù)器， 它對于計數(shù)器的清零方法是借助s9（1）、s9（2）將計數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：（1） 計數(shù)脈沖從cp1輸入，qa作為輸出端，為二進制計數(shù)器。（2） 計數(shù)脈沖從cp2輸入，qdqlqh作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。（3） 若將cp2和qa相連，計數(shù)脈沖由cp1輸入，qd、qc、qb、qa作為輸出端，則構(gòu)成 異步8421碼十進制加法計數(shù)器。（4） 若將cp1與qd相連，計數(shù)脈沖由cp2輸入，qa、qd、qc、qb作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進制加法計數(shù)器。

18、（5） 清零、置9功能。a) 異步清零當r0（1）、r0（2）均為“1”；s9（1）、s9（2）中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即qdqcqbqa=0000。b) 置9功能當s9（1）、s9（2）均為“1”；r0（1）、r0（2）中有“0”時，實現(xiàn)置9功能，即qdqcqbqa =1001. 功能表：引腳圖： 7.2 555多諧振蕩器與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路組成：用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路圖如7.5.3圖，r和c為外接定時元件，復位控制端與放電端相連并連接定時元件，置位控制端作為觸發(fā)輸入端。同樣，控制電壓端不用外接0.01 f電容。555定時器和外接元件r1、r2

19、、c構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過r1、r2向c充電以及c通過r2向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容c在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。555電路要求r1與r2均應不小于1k，但兩者之和應不大于3.3m。表7.5.1 555定時器的功能表 輸 入輸 出thtrr0qv的狀態(tài)xx00 導通2/3vcc1/3vcc10 導通2/3vcc1/3vcc11 截止2/3vcc1/3vcc1 不變 不變1-單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路 2-單穩(wěn)態(tài)電路電壓變化圖7.5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路和單穩(wěn)態(tài)電路電壓變化圖如圖7.5.2所示

20、，靜態(tài)時，觸發(fā)輸入vcc為高電平，vcc通過r對c充電，vcc上升。當uc2/3vcc時，復位控制端th2/3vcc，而ui高電平使位置控制端 tr1/3vcc，定時器復位，q=0，q=1，放電管為飽和導通，c經(jīng)v放電，uc迅速下降。由于ui高電平使vcc2/3vcc，定時器仍保持復位，q=0，q=1，放電管始終保持飽和導通，c可以將電放完，uc0，電路處于穩(wěn)態(tài)。當觸發(fā)輸入ui為低電平時，置位控制端tr1/3vcc，而此時uc0又使復位控制端th2/3vcc，則定時器置位，q=1，q=0，放電管截止，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，之后，vcc通過r對c充電，uc上升。當uc2/3vcc時，復位控制端th2/

21、3vcc，而此時ui已完成觸發(fā)回到高電平使置位控制端tr1/3vcc，定時器又復位，q=0，q=1，放電管又導通，電路回到穩(wěn)態(tài)。c經(jīng)v再放電，電路恢復結(jié)束。此單穩(wěn)態(tài)的暫穩(wěn)態(tài)時間可按下式計算tw1.1rc。此電路要求輸入觸發(fā)脈沖寬度要小于tw，并且必須等電路恢復后方可再次觸發(fā)，所以為不可重復觸發(fā)電路。 上圖是555組成的多諧振蕩器。用555多諧振蕩器，接通電源，電容被充電，當vc上升到2vcc/3時，使vo為低電平，同時放電三極管t導通，此時電容c通過r2和t放電，vc下降。當vc下降到vcc/3時，vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器c放電所需的時間為 為tpl=0.7 rc下當放電結(jié)束時，t截止，vcc

22、將通過r、 r向電容器c充電，vc由vcc/3上升到2vcc/3所需的時間t = t + t = 0.7 (r+r) c+ 0.7 rc= 0.7( r+2 r) c7.3 74ls19274ls192的功能表如下： 清零預置時 鐘預置數(shù)據(jù)輸入輸 出rldcpcpabcdqqqqhxxxxxxxllllllxxabcdabcdlhhxxxx加計數(shù)lhhxxxx減計數(shù)74ls192的特點是有兩個時種脈沖（計數(shù)脈沖）輸入端cpu和cpd。在rd=1的條件下，作加計數(shù)時，令cpd=1，計數(shù)脈沖從cpu輸入； 作減速計數(shù)時，令cpu=1，計數(shù)脈沖從cpd輸入。 7.4 74ls151 引腳圖： 74l

23、s151是一種典型的集成電路數(shù)據(jù)選擇器，它有3個地址輸入端cba，可選擇d0d7八個數(shù)據(jù)源，具有兩個互補輸出端，同相輸出端y和反相輸出端w。其引腳圖如 輸入輸出使能 g 選擇 c b ay w h l l l l l l l l l l ll l h l h ll h hh l lh l hh h lh h h l h d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 其此圖是實現(xiàn)y等于a非、b非、c非得乘積。7.5 74ls7554s175/74s175，54ls175/74ls175 三種線路結(jié)構(gòu)形式。其主要電特性的典型值如下： 型號 fm pd54163/74163 35mhz 150mw

24、 54s163/74s163 110mhz 300mw 54ls163/74ls163 40mhz 55mw 當清除端（cr）為低電平時，輸出端q為低電平。 在時鐘（cp）上升沿作用下，q與數(shù)據(jù)端（d）相一致。當 cp為高電平或低電平時，d對 q沒有影響。 引出端符號 cp 時鐘輸入端（上升沿有效） cr 清除端（低電平有效） 1d4d 數(shù)據(jù)輸入端 1q4q 輸出端 1q4q 互補輸出端 引腳圖：功能表： d0,d1,d2,d3 四個管腳是鎖存器的輸入端，qa，qb，qc，qd是輸出端。由cpd端對0和1兩種狀態(tài)作出反應，一旦狀態(tài)被確定，就能自行保持，即長時間儲存1位二進制碼，直到有外部信號作

25、用時才有可能改變。74ls75是當高電平時工作進行鎖存， 即cpd段輸入高電平。 7.6 74ls487448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強器件的功能。 7448的功能表如表5.3.4所示，它有3個輔助控制端lt、rbi、bi/rbo,現(xiàn)簡要說明如下：1. 滅燈輸入bi/rbobi/rbo是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當bi/rbo作輸入使用且bi0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入ag均為0，所以字形熄滅。2. 試燈輸入lt當lt0時，bi/rbo是輸出端，且rbo1，此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸

26、出ag均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查7488本身及顯示器的好壞 功能表： 邏輯圖： 小 結(jié)時間過的很快，為期一周的課程設(shè)計很快就結(jié)束了。這次課程設(shè)計是一次腦力兼體力的實訓，基本上每天都熬到后半夜。經(jīng)歷了這一周的勵練，雖然如此，但感覺實訓周的每天過的都很充實而緊湊，也的確這正對數(shù)字電子技術(shù)有了深刻的了解，由于最開始對數(shù)字電子比較模糊，后來開始對每個器件開始了解，查閱資料，不懂就問，不但對于電子器件有所了解，而且對于工作原理更有一定的深層理解。不管怎么說，倆周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計終于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前我覺得課程設(shè)計只是這一年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的有些片面。課程設(shè)計不僅是對前面所學的知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種鍛煉。以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學習是一個長期積累的過程，