可預(yù)置定時報警電路的設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計（說明書）可預(yù)置定時報警電路的設(shè)計班級 / 學(xué)號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課 程 名 稱 數(shù)字邏輯課程設(shè)計 課程設(shè)計題目 可預(yù)置定時報警電路的設(shè)計 課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計說明與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計一個可預(yù)置定時顯示報警的系統(tǒng)，技術(shù)指標(biāo)如下：可預(yù)置時間，設(shè)置的時間范圍為0-99秒； 具有時間顯示功能； 定時時間到了，顯示器顯示為00，同時進行報警； 開關(guān)可控制計時器啟動、清零、暫停、繼續(xù)計時、設(shè)置時間的功能。二、設(shè)計要求1在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。2根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。三、

2、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路，用軟件仿真。2進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1. 童詩白，華成英主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰寫課程設(shè)計報告成績 指導(dǎo)教師 日期 一、概述隨著信息時代的到來，科技發(fā)展日新月異，電子技術(shù)在社會生活中日益發(fā)揮著非常重要的作用，運用模電和數(shù)字邏輯知識設(shè)計的電子產(chǎn)品也成為日常生活中不可缺少的一部分。可預(yù)置定時報警電路在日常生活中被廣泛應(yīng)用，特別是在某些限時和預(yù)警電路中作為其核心部件，控制整個電路達到預(yù)警、限時等目的，廣泛應(yīng)用于各種電氣設(shè)備的限時或報警時控中。本次設(shè)計的可預(yù)置定時報警電路以周期為1秒的脈

3、沖信號作為輸入信號，輸入到減數(shù)計數(shù)器中，用七段顯示譯碼器和七段顯示數(shù)碼管作為顯示器來直觀顯示時間。在預(yù)置0-99之間合適的時間之后開啟開關(guān)進行倒計時，在倒計時過程中可以暫停、繼續(xù)計時、清零，在倒計時結(jié)束后，數(shù)碼管顯示“00”，同時作為報警器的發(fā)光二極管發(fā)出紅光進行報警。在報警之后可以按動開關(guān)對警報進行解除和顯示復(fù)位，以便再次預(yù)置時間進行倒計時。 本次課程設(shè)計報告包括概述、方案論證、電路設(shè)計、性能測試、結(jié)論、性價比、課設(shè)體會和合理化建議七個部分，詳細(xì)記錄了本次課程設(shè)計的設(shè)計過程，明確體現(xiàn)了設(shè)計原理和應(yīng)用策略，滿足了課程設(shè)計要求，達到了預(yù)期效果。二、方案設(shè)計設(shè)計一個可預(yù)置定時報警電路，能夠預(yù)置0-

4、99內(nèi)的時間，按動開關(guān)進行倒計時，在倒計時結(jié)束時數(shù)碼管顯示“00”同時發(fā)光二極管發(fā)出紅光，并能解除報警和復(fù)位。在倒計時過程中能夠?qū)r間進行暫停、繼續(xù)倒計時、清零等操作，可以多次預(yù)置時間進行倒計時，原理框圖如圖1所示。秒脈沖發(fā)生器控制電路計數(shù)器譯碼顯示報警電路外部操作開關(guān)圖1 可預(yù)置定時報警電路的原理框圖可預(yù)置定時報警電路原理框圖如圖1所示，采用555定時器產(chǎn)生周期為1秒的脈沖，計數(shù)器采用74LS192芯片，當(dāng)555定時器提供的脈沖信號為上升沿時計數(shù)器會完成一次遞減，在計時器開始的最初階段首先要為其置數(shù)，通過對兩片74LS192的A、B、C、D接口依次加上高、低電平來完成對十位和個位置數(shù)。七段顯

5、示譯碼器和七段顯示數(shù)碼管組合起來用以完成顯示數(shù)值的功能，當(dāng)數(shù)值遞減為零時自動報警。本次設(shè)計的秒脈沖與計數(shù)器之間的應(yīng)用配合是系統(tǒng)的主要部分，控制電路的所有功能可以通過設(shè)置兩個單刀雙擲開關(guān)和一個單刀開關(guān)來完成，分別將它們按照設(shè)計要求連接來，實現(xiàn)開始倒計時、暫停/繼續(xù)、清零的功能。三、電路設(shè)計1. 74LS192計數(shù)器模塊本次課程設(shè)計中計數(shù)器選用中規(guī)模集成電路進行設(shè)計，74LS192是十進制同步加法/減法計數(shù)器，其功能表如表1所示。表1 74LS192的功能表UPDOWN LOADCLR操作××00置數(shù)110加計數(shù)110減計數(shù)×××1清零1110保持

6、74LS192具有以下功能，當(dāng)LOAD=0，CLR=0時，可以對其置數(shù)，數(shù)碼管顯示預(yù)置數(shù)字；當(dāng)LOAD=1，CLR=0，UP=1時，若有時鐘脈沖加到DOWN端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器從9減到0時，減法借位輸出端BO輸出借位下降沿躍變脈沖；當(dāng)LOAD=1，CLR=0，UP=1，DOWN=1時計數(shù)暫停，保持當(dāng)前狀態(tài)；若當(dāng)CLR=1，則進行清零操作。Q0-Q7分別接到顯示譯碼器的輸入端，DOWN端接到秒脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端。圖2中所示為預(yù)置數(shù)N=（0010000）8421BCD=（20）10，當(dāng)?shù)臀挥嫈?shù)器U2的借位輸出端BO輸出低電平借位脈沖時，高位計數(shù)器U1才開始進行減法

7、計數(shù)。當(dāng)電路系統(tǒng)倒計時到高、低位計數(shù)器都為零時，高位計數(shù)器U1的借位輸出端BO輸出低電平借位脈沖，通過與門U7共同作用使輸入脈沖為零，使計數(shù)器U2停止計數(shù)，從而使數(shù)碼管始終保持顯示“00”狀態(tài)，同時導(dǎo)通報警電路，使發(fā)光二極管發(fā)紅色光，開始報警。計數(shù)器模塊電路圖如圖2所示。接暫?？刂崎_關(guān)接時鐘脈沖圖2 計數(shù)器模塊電路圖2.秒脈沖信號發(fā)生模塊秒脈沖信號發(fā)生模塊是為全電路提供一個周期為1秒的時鐘脈沖信號，使整個電路系統(tǒng)在運行過程中能夠保持一致的工作步伐。由于電路系統(tǒng)需要一個相對穩(wěn)定的脈沖信號以保證計時器穩(wěn)定計時，所以采用555定時器構(gòu)成的多諧振電路來發(fā)出時鐘脈沖信號。555定時器是一種集模擬、數(shù)字于

8、一體的中規(guī)模集成電路，由于555定時器構(gòu)成的多諧振電路內(nèi)部比較器靈敏度較高，采取差分電路形式，因此用555定時器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小，廣泛應(yīng)用于日常生活中電子信號的產(chǎn)生和變換和某些電器設(shè)備中控制和檢測電路。電容器C放電所需時間為： (1)當(dāng)放電結(jié)束后，向電容器C進行充電，所需時間為： (2)產(chǎn)生的脈沖周期為： (3)本次課程設(shè)計的可預(yù)置定時報警電路需要的脈沖周期是1秒，根據(jù)以上公式可計算出滿足要求且輸出脈沖信號較為穩(wěn)定的電阻、電容值為：其秒脈沖信號產(chǎn)生電路如圖3所示。接與門控制電路圖3 秒脈沖信號發(fā)生模塊電路圖3.譯碼顯示模塊譯碼顯示模塊是將可預(yù)置定時報警電

9、路倒計時過程中的具體操作更加直觀的顯示出來。在倒計時過程中，74LS192會將計時模塊所輸出的信號傳送給譯碼器，信號在經(jīng)過譯碼器譯碼后接入到七段顯示數(shù)碼管，通過七段顯示數(shù)碼管將信號變化情況準(zhǔn)確、直觀的顯示出來。74LS47D譯碼器和七段顯示數(shù)碼管如圖4所示。圖4 譯碼顯示模塊電路圖4.報警電路模塊報警電路模塊是由一個發(fā)光二極管LED1、電阻等電子元器件構(gòu)成的，其作用是在用戶預(yù)置定時間之后，打開倒計時開關(guān)，電路從預(yù)置定的時間進行倒計時，當(dāng)計時器完成一次從預(yù)置定數(shù)遞減到0時，電路進行報警。當(dāng)計時器完成一次從預(yù)置定數(shù)遞減到0時，高位計數(shù)器U1的借位輸出端BO會產(chǎn)生低電平，進而導(dǎo)通報警電路，使二極管發(fā)

10、出紅光用來進行警報。同時，作為低電平信號，經(jīng)過與門的共同作用切斷了時鐘脈沖信號的輸入，使計數(shù)器U2停止計數(shù)，從而達到了讓七段顯示數(shù)碼管保持顯示“00”狀態(tài)的目的。一般狀態(tài)時，作為報警指示燈的二極管兩端都為高電平，此時二極管不會導(dǎo)通，所以也就不會發(fā)光。當(dāng)二極管一端為低電平時才能導(dǎo)通發(fā)出紅光，達到報警的目的。 報警模塊電路如圖5所示。圖5 報警模塊電路圖5.控制電路模塊控制電路模塊由四個部分組成，分別為置數(shù)、開始、暫停/繼續(xù)、清零。由五個開關(guān)S1、S2、S3、S4、S5控制實現(xiàn)以上功能。（1）置數(shù)功能的實現(xiàn)是通過兩個四極開關(guān)S1、S2分別連接在兩個74LS192的ABCD四個引腳上來作為置數(shù)控制端

11、，對系統(tǒng)進行預(yù)置定時間。置數(shù)功能控制電路如圖6所示，系統(tǒng)置數(shù)為41。圖6 置數(shù)功能控制電路圖（2）開始倒計時控制功能的實現(xiàn)是由一個單刀雙擲開關(guān)S3控制，通過輸入高電平和與門U5一起使LOAD=1或LOAD=0來滿足74LS192進行減法計數(shù)和停止計數(shù)的條件，從而實現(xiàn)報警電路的倒計時以及復(fù)位預(yù)置數(shù)的功能，還可以對警報進行解除。開始倒計時控制功能電路如圖7所示。接高電平圖7 開始計時功能控制電路圖（3）暫停/繼續(xù)控制模塊是由單刀雙擲開關(guān)S4控制實現(xiàn)的，它的一端與或門U4連接，當(dāng)將開關(guān)S4打到與VCC相連的高電平檔位，使計數(shù)器74LS192滿足暫停倒計時的條件，從而實現(xiàn)使報警電路倒計時暫停的目的。暫

12、停/開始功能控制電路如圖8所示。接與門控制電路圖8 暫停/開始功能控制電路圖（4）清零功能是通過單刀開關(guān)S5控制使CLR=1來完成，為了使清零時發(fā)光二極管不發(fā)光，利用與非門U8來共同控制電路，當(dāng)CLR=1時使報警電路斷路，使發(fā)光二極管熄滅。清零功能控制電路如圖9所示。 圖9 清零功能控制電路圖四、性能的測試1. 秒脈沖信號發(fā)生電路的仿真將信號發(fā)生器輸出端接到示波器上，觀察波形并檢驗信號的周期，測試電路如圖10所示。 圖10 秒脈沖發(fā)生測試電路輸出波形如圖11所示，使用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生的時鐘脈沖信號，以低電平躍變到高電平的上升沿為基準(zhǔn)的一個周期內(nèi)所經(jīng)歷的時間約為1秒 。圖11

13、秒脈沖輸出波形圖2.預(yù)置定時間電路的仿真用開關(guān)S1、S2根據(jù)8421碼制分別將兩個數(shù)碼管設(shè)置為0-9之間任意的數(shù)字，當(dāng)將LOAD置為低電平時，數(shù)碼顯示管則顯示預(yù)置定的數(shù)字。但是要注意對于高低、位進行置數(shù)，不能超出范0-9之間的范圍，否則不規(guī)范操作會使數(shù)碼管顯示亂碼而無法正常顯示倒計時情況。如圖12是預(yù)置為N=（10001010）8421BCD=（15）10狀態(tài)，數(shù)碼管顯示“20”秒字樣 。預(yù)置定時間電路仿真如圖12所示 。圖12 預(yù)置定時間電路圖3.開始倒計時電路的仿真將開關(guān)S3接入高電平，在與門的共同作用下將LOAD置為高電平，在信號脈沖不斷輸入的同時，觸發(fā)74LS192進行減法計數(shù)，數(shù)碼管

14、顯示數(shù)字遞減情況。開始倒計時電路如圖13所示。圖13 倒計時電路圖4. 暫停/繼續(xù)控制電路的仿真將開關(guān)S4接到高電平，在LOAD=1，UP=1，CLR=0的前提下，使DOWN=1，達到暫停倒計時的目的，當(dāng)把開關(guān)S4重新打到低電平時，計數(shù)器將會繼續(xù)計數(shù)，倒計時繼續(xù)進行。暫停控制電路如圖14所示。圖14 暫停/繼續(xù)倒計時電路圖4. 清零控制電路的仿真閉合開關(guān)S5使CLR=1將電路清零，為了使清零狀態(tài)下發(fā)光二極管不發(fā)光，利用一個與非門來控制電路導(dǎo)通，當(dāng)CLR=1時使報警電路短路，從而避免二極管發(fā)光。清零功能電路如圖15所示。圖15 清零功能電路圖5. 報警電路的仿真當(dāng)計數(shù)器計到狀態(tài)“00”時，高位片

15、的借位輸出端BO產(chǎn)生低電平借位脈沖信號，由此導(dǎo)通發(fā)光二極管產(chǎn)生光報警信號。將開關(guān)S3打到低電平通過與門使LOAD=0可解除報警信號。報警電路如圖16所示。圖16 報警電路圖五、結(jié)論經(jīng)過認(rèn)真的原理分析和電路設(shè)計，在仔細(xì)的仿真連接完成后，進行客觀的仿真實驗來檢驗本次設(shè)計電路的性能。通過仿真實驗的結(jié)果來看，本次實驗基本滿足本次課程設(shè)計的要求，完成了課程設(shè)計任務(wù)，實現(xiàn)了課程設(shè)計要求的電路功能。本次設(shè)計的可預(yù)置定時報警電路是利用555定時器設(shè)計出多諧振蕩電路產(chǎn)生的秒脈沖發(fā)生器成功產(chǎn)生周期約為1秒的時鐘脈沖作為信號源，為整個電路提供公共的信號。使用四極開關(guān)實現(xiàn)了對電路系統(tǒng)進行置數(shù)的操作，能夠隨意預(yù)置定0-

16、99之間任意數(shù)字作為倒計時時間。根據(jù)設(shè)計原理，利用單刀雙擲開關(guān)實現(xiàn)了暫停和繼續(xù)計時的功能。通過單刀單擲開關(guān)使系統(tǒng)滿足清零條件，從而實現(xiàn)對報警系統(tǒng)不僅在倒計時過程中的清零功能，也能對初始狀態(tài)進行清零。在倒計時完成后立刻進行報警，發(fā)光二極管發(fā)出紅光，通過開關(guān)可以對其警報進行解除。這次課程設(shè)計關(guān)于可預(yù)置定時報警電路的設(shè)計運用的儀器較少而且皆為常用的電子元件，各個器件之間的選擇較為準(zhǔn)確，安全性強，可靠性高。電路具有原理簡明、結(jié)構(gòu)簡單、可操作性強、穩(wěn)定性高、成本低廉的特點?？梢栽O(shè)計用于日常生活中競選倒計時電路、搶答倒計時電路等具有倒計時報警、提示功能的電路，實現(xiàn)倒計時和報警功能。六、性價比根據(jù)仿真實驗反

17、饋的結(jié)果來看，本次設(shè)計的可預(yù)置定時報警電路性能穩(wěn)定，具有原理清晰、電路簡易、部件簡單的優(yōu)點，基本滿足課程設(shè)計的任務(wù)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)對其置數(shù)、開始倒計時、暫停、繼續(xù)計時、清零、報警的功能，在生產(chǎn)生活中可以被廣泛應(yīng)用于某些限時和預(yù)警電路中作為其核心部件，控制整個電路達到預(yù)警、限時等目的。由于本次的可預(yù)置定時報警電路在設(shè)計上簡潔不冗雜，使用的元器件較少而且皆為常用電子元件，電路連接簡易明了，對元部件的要求不是很高，因此在生產(chǎn)過程中不會有很高的成本，滿足商品性價比的要求，同集成設(shè)計的電路相比具有成本低廉、連接簡單、性能穩(wěn)定可以簡便維修的優(yōu)點。但是，對于在操作性能價格比是指生產(chǎn)的商品品的性能與價格的比值，

18、在定義上是權(quán)衡商品在客觀上可買性的標(biāo)準(zhǔn)，其中比值越大表明該商品的性價比就越高。所謂性能是指產(chǎn)品的使用、審美和服務(wù)，價格包括購買價格和使用過程中發(fā)生的維修費用，即整個產(chǎn)品壽命周期的費用。對于本次設(shè)計出的可預(yù)置定時報警電路來說，其設(shè)計原理簡易、電路連接清晰，操作性能穩(wěn)定，設(shè)計成本較低，元器件成本廉價，因此本次設(shè)計出的可預(yù)置定時報警電路具有很高的性價比，可以用于實際生產(chǎn)，服務(wù)于當(dāng)代數(shù)字時代。七、課設(shè)體會及合理化建議近兩周的數(shù)字邏輯課程設(shè)計即將結(jié)束，在任課老師的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下，在同學(xué)們的熱情幫助下，經(jīng)過自己的刻苦專研和不懈努力，終于完成了本學(xué)期課程設(shè)計任務(wù)，為本學(xué)期的學(xué)習(xí)進程畫上一個圓滿的句號。

19、這是我第一次接觸到數(shù)字邏輯電路的課程設(shè)計，雖然在開始的時候?qū)ultisim-12軟件一無所知，但是經(jīng)過自己的研究和探索，自己下載并安裝了multisim-12仿真軟件，并在課程設(shè)計過程中逐漸加深了對該軟件的應(yīng)用水平。本次課程設(shè)計不僅加深了我對數(shù)字邏輯這門課程的學(xué)習(xí)，還鍛煉了我的實踐動手能力，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣，使我終身受益匪淺！在連接仿真電路時難免會有一些問題出現(xiàn)。經(jīng)過最近一段時間在圖書館查找資料，查到一些有關(guān)74LS192芯片的應(yīng)用。從芯片的原理著手，不斷的靠近我的課程設(shè)計設(shè)題目，明確了設(shè)計思路和設(shè)計方法。最后，我對完成本次課程設(shè)計任務(wù)信心十足。仿真電路的連接是這次課程設(shè)計的難點，在成功地設(shè)計

20、出電路圖之后，把仿真電路連接好的時候，第一次在軟件上進行仿真試驗卻失敗了，原因出在555定時器上，后來經(jīng)過調(diào)整終于得到波形并且得到了理想的效果，那一刻心中的喜悅是無法用語言來形容的。本學(xué)期的課程設(shè)計讓我難忘，在這個過程中不僅加深了我對數(shù)字邏輯知識理論的掌握，更重要的是在動手的過程中我認(rèn)識到了細(xì)節(jié)決定成敗的道理，深切感受到系統(tǒng)概念下的每一個細(xì)節(jié)都是決定最終結(jié)果成功與否的決定性因素，因此在未來的學(xué)習(xí)、社會、生活中，我要更加注重細(xì)節(jié)，努力改善自己的不足，爭做優(yōu)秀的當(dāng)代大學(xué)生。再次感謝老師的親切關(guān)懷和同學(xué)們的熱心幫助，我將不負(fù)老師和同學(xué)們的殷切期望，在日后的學(xué)習(xí)道路上，努力用自己的實際行動去追求學(xué)業(yè)上的成就，以優(yōu)異的成績回報老師、同學(xué)們對我付出的心血和汗水！參考文獻1 閻石主編. 數(shù)字電子技術(shù). M北京：高等教育出版社，20