倒計(jì)時(shí)報(bào)警器13

1、成績課程設(shè)計(jì)說明書題 目： 計(jì)數(shù)報(bào)警器電路設(shè)計(jì) 課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) 學(xué) 院： 電子信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 王星 學(xué) 號(hào)： 201102010103 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化2011級(jí)2班 指導(dǎo)教師： 郭汝靜 2013年 06 月 07 日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書設(shè)計(jì)題目計(jì)數(shù)報(bào)警器電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名王星所在學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)、年級(jí)、班自動(dòng)化2011級(jí)2班設(shè)計(jì)要求：1、設(shè)計(jì)制作一個(gè)計(jì)數(shù)報(bào)警電路；2、計(jì)數(shù)最大為99時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，報(bào)警時(shí)間長度為10秒，報(bào)警光信號(hào)用紅色LED表示，聲信號(hào)用蜂鳴器來體現(xiàn)，當(dāng)報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生后，可以將電路復(fù)位，以重新計(jì)數(shù)；3、計(jì)數(shù)脈沖用按鈕產(chǎn)生。學(xué)生應(yīng)

2、完成的任務(wù)：1、設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)報(bào)警器的工作原理，并利用Multisim 9軟件進(jìn)行電路仿真；2、利用DXP 軟件繪制電路原理圖，并設(shè)計(jì)制作電路的PCB板；3、根據(jù)設(shè)計(jì)原理對(duì)電路進(jìn)行安裝、調(diào)試，完成課程設(shè)計(jì)工作；4、提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)：1 秦長海，張?zhí)禊i,翟亞芳. 數(shù)字電子技術(shù)（第一版）M北京：北京大學(xué)出版社，20122 邱關(guān)源，羅先覺. 電路（第五版）M北京：高等教育出版社，20063 谷樹忠Altium Designer教程M北京：電子工業(yè)出版社，2010.4 童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2005.  工作計(jì)劃：5月2728號(hào)電路設(shè)計(jì)與仿真；5月293

3、0號(hào)Altium Designer設(shè)計(jì)原理圖；5月30號(hào)6月3號(hào)Altium Designer設(shè)計(jì)PCB；6月4號(hào)制版；6月5號(hào)上午安裝調(diào)試；6月56號(hào)上午書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告；6月67號(hào)安裝調(diào)試，上交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。任務(wù)下達(dá)日期： 2013 年 5 月 27日任務(wù)完成日期： 2013 年 6 月 7日 指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）：計(jì)數(shù)報(bào)警器摘 要：此次課程設(shè)計(jì)的是計(jì)數(shù)報(bào)警器，計(jì)數(shù)報(bào)警器的主要器件有十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192、譯碼器74LS47、共陽極數(shù)碼管、555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等組成。設(shè)計(jì)方案為脈沖用按鍵產(chǎn)生，計(jì)數(shù)由74LS192來實(shí)現(xiàn)，數(shù)字顯示部分用譯碼電路來實(shí)現(xiàn)，10秒定時(shí)由555定

4、時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，實(shí)施方案時(shí)先設(shè)計(jì)原理圖，之后電路仿真檢驗(yàn)是否可行，可行之后制作PCB，最終安裝調(diào)試，此電路實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)最大值是99，當(dāng)計(jì)數(shù)最大數(shù)值時(shí)放出聲光報(bào)警，報(bào)警時(shí)間為10秒，報(bào)警后電路復(fù)位重新計(jì)時(shí)的功能。關(guān)鍵詞：555定時(shí)器；計(jì)數(shù)器；觸發(fā)器；譯碼器；數(shù)碼管目錄1.設(shè)計(jì)背景11.1數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成11.2時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成12.設(shè)計(jì)方案22.1任務(wù)分析22.2方案設(shè)計(jì)22.3 方案論證23.方案實(shí)施 23.1原理圖設(shè)計(jì)33.2電路仿真43.3 PCB制作 53.4 安裝與調(diào)試74.結(jié)果與結(jié)論75.收獲與致謝76.參考文獻(xiàn)87.附件 98.清單 101. 設(shè)計(jì)背景1.

5、1數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路。數(shù)字電路中，通過輸入電路對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大、整形，得到數(shù)字電路可以處理的數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)則需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)輸入電路時(shí)，必須首先了解輸入信號(hào)的性數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時(shí)鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其形式包括各種輸入接口質(zhì)，接口的條件，以設(shè)計(jì)合適的輸入接口電路。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和社會(huì)的日新月異，數(shù)字電子信息技術(shù)這門科學(xué)在各行各業(yè)越來越得到廣泛的應(yīng)用，特別是集成芯片的應(yīng)運(yùn)，促使現(xiàn)代電子產(chǎn)品向小體積多功能發(fā)展。

6、這不僅節(jié)省了原材料，降低了產(chǎn)品成本，還減少了很多勞動(dòng)力，所以很有必要學(xué)習(xí)好這門課程。1.2時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成時(shí)鐘電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的靈魂，它屬于一種控制電路，整個(gè)系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時(shí)鐘電路包括主時(shí)鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時(shí)鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的 555 多諧振蕩電路，數(shù)字頻率計(jì)中的基準(zhǔn)時(shí)間形成電路等都屬于時(shí)鐘電路。設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時(shí)鐘的頻率，并注意與其他控制信號(hào)結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時(shí)鐘脈沖。通過數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生較系統(tǒng)地、全面地掌握數(shù)字電路系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)步驟，熟悉和掌電路參數(shù)的計(jì)算，電路元器件的選擇與應(yīng)

7、用，學(xué)習(xí)數(shù)字電路原理圖設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)和實(shí)物電路系統(tǒng)的制作、安裝、調(diào)試、測試、故障查找和排除的方法和技巧，并在此基礎(chǔ)上，逐步調(diào)試改進(jìn)、完善電路的性能。學(xué)會(huì)積極地按照設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，查閱并理解相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，能進(jìn)行方案的論證比較，方案的具體實(shí)施。使學(xué)生較深入地了解與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際的問題。22.設(shè)計(jì)方案2.1任務(wù)分析計(jì)數(shù)部分控制電路譯碼電路報(bào)警部分定時(shí)電路 本設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)報(bào)警功能，技術(shù)報(bào)警器的計(jì)數(shù)脈沖用按鍵產(chǎn)生，需要一個(gè)按鍵脈沖電路；計(jì)數(shù)報(bào)警器能對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)，最大值為99，因此設(shè)計(jì)一個(gè)100進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器；當(dāng)基數(shù)達(dá)到最大值時(shí)進(jìn)行10秒的聲光報(bào)警，因此設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)電

8、路；并且為了能夠顯示數(shù)字，需要設(shè)計(jì)一個(gè)顯示譯碼電路。2.2方案設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)報(bào)警器的功能，報(bào)警器的計(jì)數(shù)脈沖需用按鍵產(chǎn)生，運(yùn)用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制，譯碼部分運(yùn)用74LS47N和共陽極數(shù)碼管組成，555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，能夠產(chǎn)生10秒的定時(shí)，使計(jì)數(shù)報(bào)警器工作。2.3方案論證此方案中74LS192可以實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)，需要兩片74LS192來實(shí)現(xiàn)進(jìn)位顯示0099，數(shù)字的顯示用譯碼器74LS47和共陽極數(shù)碼管組成，脈沖信號(hào)用按鍵控制，555定時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)10秒定時(shí)作用，聲光報(bào)警部分用LED燈和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，所以此方案正確。3. 方案實(shí)施3.1原理圖設(shè)計(jì)定時(shí)報(bào)警部分的設(shè)

9、計(jì)主要運(yùn)用555定時(shí)器，LED燈和蜂鳴器組成，10秒報(bào)警可以調(diào)節(jié)555組成的單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器中的R2和C2調(diào)節(jié)，運(yùn)用公式t=1.1RC來計(jì)算，R2、C2、C1與555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器，觸發(fā)輸入端UTR作為觸發(fā)輸入端，將VTD和R1構(gòu)成的反相器輸出電壓UDIS接至閥值輸入端UTH，并在閥值輸入端UTH對(duì)地接入電容C1，如圖3.1。 圖3.1 電路的定時(shí)和報(bào)警部分100進(jìn)制計(jì)數(shù)電路運(yùn)用10進(jìn)制74LS192來實(shí)現(xiàn)，A、B、C、D是并行輸入端，起始狀態(tài)是清零狀態(tài)，所以ABCD輸入端接地，LOAD是異步置數(shù)輸入端，所以個(gè)位接高電平，十位需從個(gè)位的進(jìn)位脈沖輸出端經(jīng)過與非門實(shí)現(xiàn)高電平來計(jì)數(shù)，UP端為進(jìn)位

10、脈沖輸入端，CLR為異步清零輸入端，將兩個(gè)CLK端串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)99時(shí)清零，從新計(jì)數(shù)，十位增加兩個(gè)與非門實(shí)現(xiàn)消除競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象，如圖3.2。圖3.2 100進(jìn)制計(jì)數(shù)電路譯碼器顯示部分是由74LS47譯碼器和共陽極數(shù)碼管組成的，ABCD是輸入端需要和74LS192的輸出端相對(duì)應(yīng)一一連接，三個(gè)控制端LT、BI/RBO和RBI， LT為燈測試輸入端，BI/RBO為滅零輸入和滅零輸出端，RBI為滅零輸入端，為使74LS47正常工作，此時(shí)三者都接高電平，數(shù)碼管要想正常工作需要接一定的高電平，如圖3.3。圖3.3譯碼器顯示部分 3.2電路仿真在各單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，用Multisim 9軟件把各單元電路連接起

11、來，畫出符合軟件要求的系統(tǒng)整體邏輯電路圖。系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)完成后，對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。進(jìn)入仿真狀態(tài)后，當(dāng)按動(dòng)脈沖開關(guān)時(shí)，數(shù)碼管可以顯示00至99之間的所有數(shù)值，當(dāng)數(shù)碼管顯示99時(shí)，LED燈發(fā)光，并且持續(xù)亮10秒，所以電路的設(shè)計(jì)是正確的。如圖3.4所示是電路仿真圖。圖3.4電路仿真圖 3.3 PCB制作在驗(yàn)證原理圖的正確之后，便可以制作PCB了；首先應(yīng)當(dāng)確定所使用數(shù)字元件都有正確的封裝，如果沒有封裝的可以自己添加，如果封裝庫里沒有，自己可以畫出該數(shù)字元件的正確封裝。然后使用Altium Designer 進(jìn)行原理圖向PCB的正確導(dǎo)入；導(dǎo)入之后（如圖3.5所示）便可以進(jìn)行元器件的

12、布局設(shè)計(jì)，以方便布線為原則；在合理布局之后（如圖3.6所示），對(duì)整個(gè)PCB制作的規(guī)則進(jìn)行合理的設(shè)置，如電源線和地線要求采用0.8mm，如果從兩個(gè)焊盤中間穿過時(shí)用0.4mm或0.3mm。信號(hào)線采用0.5mm。如果從兩個(gè)焊盤中間穿過時(shí)用0.4mm或0.3mm。焊盤的內(nèi)徑用0.9mm。外徑根據(jù)需要進(jìn)行修改，一般為X方向1.6 mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。 在進(jìn)行布線時(shí)，使用手動(dòng)布線，而不使用自動(dòng)布線，手動(dòng)布線時(shí)在保證跳線盡量少的情況下布局要美觀大方，布線時(shí)要熟練掌握該軟件得快捷鍵，這樣可以使我們加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，方便布線，像快捷鍵Tap、Shift+W、Space等

13、等，在使用時(shí)非常方便，并且添加淚滴美化PCB，也增加鉆孔不至于損壞以至于無法焊接。圖3.5導(dǎo)入后的PCB 圖3.6元器件布局圖3.4 安裝與調(diào)試PCB布線完成之后，可以制作電路板，制作電路板采用腐蝕工藝制作，用裝有直徑為1.0mm的轉(zhuǎn)孔機(jī)對(duì)電路板的過孔進(jìn)行打孔操作，然后用紗布對(duì)電路板鍍銅的一面進(jìn)行打磨，這樣可以使電路板顯得整潔美觀，然后在鍍銅的一面上涂上松香，這樣可以防止銅被氧化，同時(shí)可以使焊接更加容易而且焊點(diǎn)美觀。接下來，就是對(duì)元器件的焊接了；一般情況下在焊接時(shí)按照元器件由小到大進(jìn)行焊接，焊接完成之后，按照PCB布線圖上的布局，將芯片插入到對(duì)應(yīng)的插槽中，一定要注意不要將芯片插反，否則在接通電

14、源后芯片將燒毀，檢查一下線路是否有短路問題正確標(biāo)出電源接口的正負(fù)極，然后就可以接通電源進(jìn)行調(diào)試。接通電源后，先觀察數(shù)碼管是否可以復(fù)位（即數(shù)碼管顯示00），如果可以接下來就可以按動(dòng)開關(guān)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)，觀察數(shù)碼管是否可以正常計(jì)數(shù)，如果不正常就需要檢查線路是否有接錯(cuò)的地方，或者檢查原理圖是否正確。4. 結(jié)果與結(jié)論在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中總共分為四大部。第一步是原理圖的制作（圖7.2），第二步是PCB的布線（圖3.6），第三步是電路板的制作與元器件的焊接，第四步是整個(gè)電路板的調(diào)試與之后的總結(jié)工作。本次設(shè)計(jì)的電路工作狀態(tài)良好（如圖7.1），所有芯片都能正常工作，電路可以實(shí)現(xiàn)0到99之間的計(jì)數(shù)功能并且實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能

15、。本次設(shè)計(jì)的電路板總體上簡潔美觀，用最少的芯片實(shí)現(xiàn)了所需的功能。在第一次設(shè)計(jì)仿真電路時(shí)，會(huì)出現(xiàn)競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象，然后加了幾個(gè)與非門消除競爭冒險(xiǎn)。雖然提醒著自己不能把器件安翻，但數(shù)碼管最后還是安翻，以至于增加了工作量，使得電路板看起來沒那么美觀，所以焊接前一定要仔細(xì)檢查。5. 收獲與致謝這次時(shí)間為兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)試驗(yàn)提高了我的動(dòng)手能力，也增加了和同學(xué)間的相互合作精神。在這次任務(wù)下達(dá)后我就在思考選擇哪個(gè)課題呢，選定后，就在思考怎樣才能設(shè)計(jì)出一個(gè)正確的原理圖，這個(gè)很重要，也是所有工作的基礎(chǔ)，如果要完成原理圖設(shè)計(jì)工作，這就要求我們有足夠的理論知識(shí)，在不懂的地方需要到查閱書籍培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力，自己沒法解

16、決時(shí)，郭汝靜老師給了仔細(xì)的解答，郭老師在這次設(shè)計(jì)中給了很多幫助；原理圖的設(shè)計(jì)是理論與實(shí)踐的交叉點(diǎn)，此時(shí)更加記牢了課本上的知識(shí)，原理圖設(shè)計(jì)好之后，我們可以利用仿真軟件進(jìn)行仿真，這樣便可以驗(yàn)證我們?cè)O(shè)計(jì)的正確性；接下來就需要將原理圖導(dǎo)入到PCB中，進(jìn)行一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，就是布線了。在我一個(gè)新手看來布線是這次設(shè)計(jì)中比較復(fù)雜的，因?yàn)椴季€好像沒有規(guī)律可尋，而且之前也沒有怎么布過線，所以這次布線是最難以為我的一件事了，為了使布線顯得美觀一些，并且盡可能的減少跳線，總共布了八次，每一次都有進(jìn)步，每一次都可以減少跳線的數(shù)量，最重要的是在布線的過程中我學(xué)會(huì)了和同學(xué)交流同時(shí)積累了經(jīng)驗(yàn)并且熟練地掌握了軟件的基本使用

17、方法和一些快捷鍵的用途。當(dāng)電路板做好之后，就是焊接元器件了，這個(gè)來說是比較輕松的了，在自己設(shè)計(jì)的板子上焊接元器件有一種不一樣的感覺，我特別享受這份成功感覺。最終在我們小組的共同努力下板子最終做好了，接通電源后可以很正常的工作，此時(shí)內(nèi)心多么的舒暢，兩周終于把設(shè)計(jì)完美的完成了。這次課程設(shè)計(jì)增強(qiáng)了我的獨(dú)立思考、解決問題和團(tuán)結(jié)合作的能力，尤其是解決問題的能力。最終這次課程設(shè)計(jì)要特別感謝郭汝靜老師的耐心輔導(dǎo)以及在設(shè)計(jì)中給出的寶貴建議和意見，在此我表示深深的感謝！6. 參考文獻(xiàn)1 秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳數(shù)字電子技術(shù)（第一版）M北京：北京大學(xué)出版社，2012 2 邱關(guān)源，羅先覺電路（第五版）M北京：高等教育出版社，20063 谷樹忠Altium Designer教程M北京：電子工業(yè)出版社，2010.4 童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2005.7. 附件圖7.1 實(shí)物圖圖7.2 原理圖8清