可預置30S的定時顯示系統(tǒng)課設

1、 課 程 設 計設計題目： 可預置30S的定時顯示報警系統(tǒng) 系 別 自動化學院 班級 測本 學生姓名 學號 指導教師 職稱 講師 沈陽工程學院課程設計任務書課程設計題目： 可預置30S的 定時顯示報警系統(tǒng) 系 別 自動化學院 班級 學生姓名 學 號 指導教師 職稱 講師 課程設計進行地點： F303 任 務 下 達 時 間： 年 8 月 31 日 起止日期： 年 9 月1日起至 9 月 5 日止教研室主任 年 8 月 31 日批準目錄課程設計（論文）任務書I沈 陽 工 程 學 院II數(shù)字電子技術課程設計成績評定表II中 文 摘 要11.1 設計題目：可預置的顯示報警系統(tǒng)之二21.2 設計要求2

2、1.2.1 設計目的21.2.2 基本要求21.2.3 發(fā)揮部分22 設計思路33 設計方框圖44 各部分電路設計及參數(shù)計算54.1 振蕩器54.2 分頻器64.3 計數(shù)器74.4 報警電路94.5 鎖存器94.6 譯碼器114.7 顯示器135 工作過程分析146 元器件清單157 主要元器件介紹167.1 555定時多諧振蕩器167.2 計數(shù)器177.3 譯碼器18小 結20致 謝21參考文獻22附 錄 A1 邏輯電路圖23課程設計（論文）任務書1設計題目：可預置的定時顯示報警系統(tǒng)1.1設計目的：（1）掌握可預置的定時顯示報警系統(tǒng)的構成、原理與設計方法； （2）熟悉集成電路的使用方法。1.

3、2基本要求：（1）設計一個可預置30秒的顯示報警系統(tǒng)；（2）要求預置30秒減到0秒報警（也可預置0秒加到30秒報警）；（3）每隔5秒顯示一次時間（30秒、25秒，0秒顯示），系統(tǒng)能準確地預置和清零；（4）可控制的計數(shù)、（鎖存、）譯碼、顯示系統(tǒng)。1.3發(fā)揮部分：（1）雙報警電路（啟動與到時各報警一次）； （2）單報警電路（到時報警一次）； （3）其他。2設計過程的基本要求：2.1基本部分必須完成，發(fā)揮部分可以在已給的或自己尋找的資料范圍內任選1-2個方向： 2.2符合設計要求的報告一份，其中包括邏輯電路圖、實際接線圖各一份；2.3設計過程的資料、草稿要求保留并隨設計報告一起上交；3報告的基本要求

4、：3.1 藍黑色或黑色鋼筆或碳素筆書寫，不允許用圓珠筆。項目齊全、字跡工整，有條件的可以打印，不少于3000字，有條件的可打印，不允許復印。3.2裝訂順序：封面、任務書、成績評定表、中文摘要、關鍵詞、目錄、正文（正文的具體要求按老師講課要求）、致謝、參考文獻、附錄（邏輯電路圖與實際接線圖）。4.時間進度安排：順序階段日期計 劃 完 成 內 容備注12014.9.01主要設計內容，原始框圖打分22014.9.02框圖及初步原理圖完成情況打分32014.9.03邏輯原理圖；書寫設計報告打分42014.9.04總體邏輯圖打分52014.9.05答辯、報告打分2014-9-1沈 陽 工 程 學 院 數(shù)

5、字電子技術課程設計成績評定表系（部）： 自動化學院 班級： 學生姓名： 指 導 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分調研論證能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設計方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認真，遵守紀律，出勤情況是否良好，能夠獨立完成設計工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設計任務，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.55432指導教師評審成績（加權分合計乘以12） 分加權分合計指 導 教 師 簽 名： 年 月

6、日評 閱 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分查閱文獻查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.35432評閱教師評審成績（加權分合計乘以8）分加權分合計評 閱 教 師 簽 名： 年 月 日課 程 設 計 總 評 成 績分中 文 摘 要 我設計的是一個30S定時顯示報警系統(tǒng)，該電路主要由振蕩器，分頻器，計數(shù)器，報警器，鎖存器，譯碼器，顯示器組成。其中振蕩器采用555定時器，由于其頻率高故需分頻

7、，分頻器采用JKFF，分頻后的輸出頻率為1Hz，振蕩器和分頻器相當于信號源，為電路提供脈沖信號。分頻器輸出端連接計數(shù)器輸入端，本電路計數(shù)器采用的是74LVC161，計數(shù)器每遇到一個上升沿時計數(shù)一次，個位的計數(shù)器為十進制，十為計數(shù)器為3進制。個位計到9后變?yōu)?，十的計數(shù)器加1，十位計到2后變?yōu)?，如此便使計數(shù)器從00到29循環(huán)計數(shù)。計數(shù)器輸出端通過或非門連接到報警電路，當計數(shù)器各位均為0時，報警器報警。報警電路由電源，三極管放大器以及報警器組成。計數(shù)器輸出端另接鎖存器，鎖存器采用兩個或非門，一個或門和一個RS鎖存器共同組成，當計數(shù)器為0或5時，RS鎖存器的Q端輸出高電勢，輸出高電勢的Q端與744

8、8譯碼器使能端連接，故計數(shù)器每計數(shù)5S，譯碼器使能端輸入一次高電勢，顯示器就能每隔5S顯示一次。關鍵詞 可預置，顯示，報警1.1 設計題目：可預置的顯示報警系統(tǒng)之二1.2 設計要求（1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可以在已給的或自己尋找的資料范圍內任選1-2個方向：（2）符合設計要求的報告一份，其中包括邏輯電路圖、實際接線圖各一份；（3）設計過程的資料、草稿要求保留并隨設計報告一起上交；1.2.1 設計目的（1）掌握可預置的定時顯示報警系統(tǒng)的構成、原理與設計方法；（2）熟悉集成電路的使用方法。1.2.2 基本要求（1）設計一個可預置30秒的顯示報警系統(tǒng)；（2）要求預置30秒加到0秒報警；（3）每

9、隔5秒顯示一次時間（30秒、25秒，0秒顯示），系統(tǒng)能準確地預置和清零；（4）可控制的計數(shù)、（鎖存、）譯碼、顯示系統(tǒng)。1.2.3 發(fā)揮部分（1）雙報警電路（啟動與到時各報警一次）；（2）單報警電路（到時報警一次）； （3）其他。2 設計思路可預置30S的定時顯示報警系統(tǒng)設計的整體思路，首先需要一個能產生方波脈沖的信號源為電路提供輸入信號，然后是計時用的計數(shù)器，接下來就需要顯示特定時間，并使報警器在30S時報警。信號源的確定。查找資料發(fā)現(xiàn)555定時器可產生方波脈沖，但由于其頻率為1Hz時不能起振，故需要根據555定時器頻率計算公式調整合適的電阻，使之能夠起振。但發(fā)現(xiàn)此時的頻率過大，不能使計數(shù)器準

10、確計時，故需要分頻器將頻率降低到1Hz。發(fā)現(xiàn)JK觸發(fā)器的JK端均接1時，每一個下降沿都會翻轉一次，實現(xiàn)二分頻，多個JK觸發(fā)器串連在一起便可實現(xiàn)四分頻，八分頻根據計算最終確定R1為24.7k，R2為10k，C為0.143F，串聯(lián)八個JK觸發(fā)器。計數(shù)器的確定。查找資料及聽講的上課內容可決定計數(shù)器用74LVC161，根據74LVC161計數(shù)器的特點可連接成一個00至29的30S計數(shù)器。但若直接接在顯示器則沒一個數(shù)值均會由顯示器顯示出來，故需要一個鎖存器選擇輸出到譯碼顯示器的數(shù)值，查資料可決定用門電路和RS鎖存器共同組成鎖存部分，當計數(shù)器為0或5時，鎖存器輸出高電勢，譯碼器接通顯示數(shù)值。報警器。計數(shù)器

11、的輸出接BJT基極放大，另兩端接電源和報警器組成報警電路。譯碼顯示器的確定。譯碼顯示器種類很多，根據老師上課所講內容以及所查資料決定用7448譯碼器。3 設計方框圖 4 各部分電路設計及參數(shù)計算4.1 振蕩器用555定時器組成的多諧振蕩器如圖4.1所示，波形如圖4.2所示。接通電源后，電容C1被充電，當上升到2Vcc/3時，使為低電平，同時放點三極管T導通，此時電容C1通過和T放電，下降。當下降到Vcc/3時，反轉為高電平。電容C1放電所需的時間為當放電結束后，T截止，Vcc將通過向電容器C1充電，由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的時間為當上升到2Vcc/3時，電路又翻轉為低電平。由此周而復

12、始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。電路的振蕩頻率為 圖 4.1 圖 4.2 根據頻率計算公式，可使電容為0.143F，為了使振蕩器能夠起振且頻率不太大，減少分頻器的使用取=24.7k，=10k4.2 分頻器JK觸發(fā)器的JK端均接1時，CP端每遇輸入波形的下降沿時會翻轉一次，從而進行分頻，在電路中的連接方式如圖4.3，波形如圖4.4 圖 4.3圖 4.4JK觸發(fā)器的功能表如表4.1所示 CPJK00不變01010111翻轉 表 4.1由JK觸發(fā)器的功能表可看出，當J=1，K=0時，觸發(fā)器的下一狀態(tài)將被置1；當J=0，K=1時，將被置0；J=K=0時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；J=K=1

13、時，觸發(fā)器翻轉。在所以類型的觸發(fā)器中，JK觸發(fā)器具有最強的邏輯功能，它能執(zhí)行置1，置0，不變和翻轉四種操作，并可用簡單的簡單的附加電路轉化為其他功能的觸發(fā)器，因此在數(shù)字電路中有較廣泛的應用。本分頻器根據振蕩器的頻率進行分頻，當串聯(lián)8個JK觸發(fā)器時，可使輸出端輸出的頻率為1Hz，故這里采用8個JK觸發(fā)器進行分頻。4.3 計數(shù)器161是可預置、可保持同步的四位二進制加法計數(shù)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。當清0端Rd=0時，使計數(shù)器清0，即使QaQbQcQd=000

14、0。（2）置數(shù)。當預置端Ld=0，而Rd=1時，在置數(shù)輸入端A、B、C和D預置某個外加數(shù)。 （3）當CP上升沿到達時，可將數(shù)據A、B、C、D送到相應觸發(fā)器輸入端，使QaQbQcQd=ABCD，完成置數(shù)功能。（4）計數(shù)。當Rd=Ld=Ep=Et=1時，輸入計數(shù)脈沖CP，電路狀態(tài)二進制自然序依次遞增1，直到QdQcQbQa=1111時，進位輸出端RCO輸出高電平進位信號RCO=1。（5）保持。當Rd=Ld=1，同時使能端Ep或Et中有一個為0時，無論有計數(shù)脈沖CP（6）送入，計數(shù)器狀態(tài)均不會發(fā)生變化。利用一片161和一個非門，就可以構成N=16的任意進制計數(shù)器，利用多片161可以在不增加外部器件的

15、條件下，構成同步多級二進制計數(shù)器。本電路中74161計數(shù)器采用的是十進制，電路如圖4.5所示 圖 4.5圖4.5所示的十進制計數(shù)器，是借助74LVC161的異步清零功能實現(xiàn)的。74LVC161從0000狀態(tài)開始計數(shù)，當?shù)谑畟€CP脈沖上升沿到達時，輸出=1010，通過一個與非門譯碼后，反饋給端一個清零信號，立即使返回到0000狀態(tài)。此刻，產生清零信號的條件已消失，端隨之變?yōu)楦唠娖剑?4LVC161重新從0000狀態(tài)開始新的計數(shù)周期。這樣就跳過了1010-1111六個狀態(tài)，構成十進制計數(shù)器。需要說明的是，電路是在進入1010狀態(tài)后，才立即被置成0000狀態(tài)的，即1010狀態(tài)會在極短的瞬間存在。計數(shù)

16、器波形如圖4.6所示圖 4.6其功能表如表4.2所示 CPQ3Q2Q1Q000000100012001030011401005010160110701118100091001 表 4.2此時74161計數(shù)器為十進制計數(shù)器，可進行十進制的計數(shù)。4.4 報警電路報警電路利用的是BJT放大信號，將放大信號傳給報警器。當來自計數(shù)器的信號為000000時，信號經過與非門傳給BJT的基極，然后接通報警器并連接電源，電源為報警器提供電壓。電路如圖4.7所示 圖 4.74.5 鎖存器本電路鎖存器是利用兩個或非門，一個或門和一個SR鎖存器構成，其對于計數(shù)器輸出信號可以進行選擇，當計數(shù)器1，即計數(shù)個位數(shù)字的計數(shù)器

17、為0或5時，信號能夠通過三個門電路并為SR鎖存器輸入1，使SR鎖存器能夠輸出1，當計數(shù)器為其他值時SR鎖存器輸出為0。SR鎖存器是一種具有簡單功能的雙穩(wěn)態(tài)存儲電路，電路有兩個輸入端，其中S端為置1端，R端為復位端或清零端。SR鎖存器的功能表如表4.3所示 SRQ狀態(tài)00不變不變保持01010101011100不確定 表4.3該電路鎖存器整體構成如圖4.8所示 圖 4.8 其整體的功能表如表4.4所示A3A2A1A0s00001000100010000110010000101101100011101000010010 表 4.4其波形如圖4.9所示圖 4.94.6 譯碼器7448七段顯示譯碼器輸

18、出高電平有效，用以驅動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設有多個輔助控制端，以增強器件的功能。 7448的功能表如表4.5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/RBO BI/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。LTRBIDCBARI/RBOabcdefgHHL

19、LLLHHHHHHHLH×LLLHHLHHLLLLH×LLHLHHHLHHLHH×LLHHHHHHHLLHH×LHLLHLHHLLHHH×LHLHHHLHHLHHH×LHHLHLLHHHHHH×LHHHHHHHLLLLH×HLLLHHHHHHHHH×HLLHHHHHHLHH 表4.5 3.動態(tài)滅零輸入RBI 當LT1，RBI0且輸入代碼DCBA0000時，各段輸出ag均為低電平，與BCD碼相應的字形熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以實現(xiàn)某一位的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0

20、。 4. 動態(tài)滅零輸出RBO BI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當LT1且RBI0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。從功能表還可看出，對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT1，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。電路中譯碼器如圖4.10圖 4.104.7 顯示器顯示器如圖4.11所示，為共陰極顯示器 圖 4.115 工作過程分析該電路有振蕩器，分頻器，計數(shù)器，報警器，鎖存器，譯碼器，顯示

21、器組成，該電路的工作程序如下：首先，接通電源后，555定時器組成的振蕩器起振，一段時間后產生穩(wěn)定的方波脈沖。脈沖經過由JK觸發(fā)器組成的分頻器后，高電勢與低電勢持續(xù)的時間相同且穩(wěn)定，周期也一定。經過分頻器的脈沖為1Hz，進入74161計數(shù)器后每一秒計數(shù)一次，個位達到1010即9后即刻變?yōu)?，而十位加1，當十位為0010即2時，再加1就變?yōu)?，同時個位數(shù)字也均為0，與非門接通，報警器報警。并且當個位數(shù)字為0000或0101即0或5時信號通過鎖存器，鎖存器接7448譯碼器的LT端，信號通過鎖存器輸入LT的為高電勢，譯碼器接通工作，顯示器就能顯示此時輸入的數(shù)字，即5的倍數(shù)。6 元器件清單序號元器件名稱

22、元件型號元件作用數(shù)量1555定時器NE555產生脈沖12觸發(fā)器JK分頻83計數(shù)器74LVC161計數(shù)24鎖存器SR鎖存15三極管NPN放大16譯碼器7448譯碼27顯示器共陰極LED顯示28電阻24.7k限流19電阻10k限流110電容0.143F調脈沖17 主要元器件介紹7.1 555定時多諧振蕩器555定時器的介紹555定時器是目前應用最多的一種時基電路，電路功能靈活，使用范圍廣，只要在外部配上幾個阻容元件，就可以構成單穩(wěn)、多諧和施密特電路。因而在定時、檢測、控制、報警等方面都有廣泛的應用。典型的TTL定時器有5G555、CMOS定時器有CC7555、CC7556（雙定時）。下面以CMOS

23、產品CC7555為例進行分析。555定時器的電路內部結構及工作原理圖中為CC7555定時器內部結構的簡化原理圖。它包括兩個電壓比較器C1和C2、一個RS觸發(fā)器、一個放大管V、三個5k電阻構成的分壓電路和由兩個反相器構成的輸出緩沖級。R為觸發(fā)器的直接復位端。定時器锝工作主要取決于比較器，比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電管V的狀態(tài)。當加上電源Vdd后，比較器C1的反相輸入端即控制端（CO）的電壓為2Vdd/3；比較器C2的同向輸入端電壓為Vdd/3。當閥值輸入端（TH）即比較器C1的同向輸入端相位高與2Vdd/3時，比較器C1輸出高電平，使RS觸發(fā)器置0，輸出Q=0，而Q/=1使放電管V導通。當觸

24、發(fā)輸入端（/TR）即比較器C2的相反輸入端電位低于Vdd/3時，比較器C2輸出高電平，使RS觸發(fā)器置1，輸出Q=1，而/Q=0使放電管V截止。當閥值輸入端TH電位低于2Vdd/3，觸發(fā)輸入端/TR電位高于Vdd/3時，比較器C1、輸出均為0，即R、S端均為0，輸出維持不變。如果在控制端（CO端）外加一控制電壓，可改變電路的閥值輸入電壓和觸發(fā)輸入電壓。555定時器的功能如表所示。輸入輸出THTR（非）R（非）OUT開關V×>2/3Vdd<2/3Vdd<2/3Vdd×>1/3Vdd>1/3Vdd<1/3Vdd011100原狀態(tài)1接通接通原狀態(tài)

25、斷開電路中的定時器555定時器的工作波形7.2 計數(shù)器 74LVC161是一種典型的高性能，低功耗CMOS 4位同步二進制加計數(shù)器，它可在1.2-3.6V電源電壓范圍內工作，其所有邏輯輸入端都可耐受高達5.5V的電壓，因此，在電源電壓為3.3V時可直接與5V供電的TTL邏輯電路接口。他的工作速度很高，從輸入時鐘脈沖CP上升沿到輸出的典型延長時間為3.9ns，最高時鐘工作頻率可達200MHz。74LVC161功能表輸入輸出CP CR非 PE非 CEP CETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0× L × × × × × 

26、15; × L L L L H L × ×D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0× H H L × × × × × 保持× H H × H × × × × 保持 H H H H × × × × 計數(shù)7.3 譯碼器7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設有多個輔助控制端，以增強器件的功能。 7448的功能表如下表所示，它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/RBO,

27、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。LTRBIDCBARI/RBOabcdefgHHLLLLHHHHHHHLH×LLLHHLHHLLLLH×LLHLHHHLHHLHH×LLHHHHHHHLLHH×LHLLHLHHLLHHH

28、×LHLHHHLHHLHHH×LHHLHLLHHHHHH×LHHHHHHHLLLLH×HLLLHHHHHHHHH×HLLHHHHHHLHH 3.動態(tài)滅零輸入RBI 當LT1，RBI0且輸入代碼DCBA0000時，各段輸出ag均為低電平，與BCD碼相應的字形熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以實現(xiàn)某一位的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0。 4. 動態(tài)滅零輸出RBO BI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當LT1且RBI0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，則RBO=1。

29、該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。 從功能表還可看出，對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT1，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。小 結通過一周的數(shù)電課程設計，我學到了許多東西。不僅僅只是完成了課程設計所需要的一些要求。還學到了許多了以前不知道的東西。課程設計剛開始，拿著選定的題目不會到如何下手，真的是特別的困惑，特別的迷惘，一點頭緒都沒有，當時就只有上網還查一些資料，學習一點別人的經驗。畢竟課程設計不同于其他的實驗課或者其他什么的，電路圖還有設計思路都要自己整，自己設計。之后根據提示以及我們小組成員的不懈努力，終于開始了我們的課程設計之路。并且在設計的過程中，我們還經常翻數(shù)電的書籍，以前我們不知道的東西，在這里還是能稍微學會一點，學通一點的。并且還鞏固了我們的一些專業(yè)課的知識，讓我們做到溫故知新。 同時，課程設計還鍛煉了我們自己的動手能力，團結合作能力以及查找資料能力和自學等各方面的能力。在這次的課程設計中我充分鍛煉了動手能力。上圖書館以及找教材查資料，找了很多的資料后，再從這大量的資料里刪選，才確定了整體的設計思路。接下來就是器件的選擇，