1、可预置定时报警电路的设计分解课 程 设 计（说明书）可预置定时报警电路的设计班级 / 学号 学 生 姓 名 指 导 教 师 课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 数字逻辑课程设计 课程设计题目 可预置定时报警电路的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个可预置定时显示报警的系统，技术指标如下：可预置时间，设置的时间范围为0-99秒； 具有时间显示功能； 定时时间到了，显示器显示为00，同时进行报警； 开关可控制计时器启动、清零、暂停、继续计时、设置时间的功能。二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器件
2、标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰写课程设计报告成绩 指导教师 日期 一、概述随着信息时代的到来，科技发展日新月异，电子技术在社会生活中日益发挥着非常重要的作用，运用模电和数字逻辑知识设计的电子产品也成为日常生活中不可缺少的一部分。可预置定时报警电路在日常生活中被广泛应用，特别是在某些限时和预警电路中作为其核心部件，控制整个电路达到预警、限时等目的，广泛应用于各种电气设备的限时或报警时控中。本次设计的可预置
3、定时报警电路以周期为1秒的脉冲信号作为输入信号，输入到减数计数器中，用七段显示译码器和七段显示数码管作为显示器来直观显示时间。在预置0-99之间合适的时间之后开启开关进行倒计时，在倒计时过程中可以暂停、继续计时、清零，在倒计时结束后，数码管显示“00”，同时作为报警器的发光二极管发出红光进行报警。在报警之后可以按动开关对警报进行解除和显示复位，以便再次预置时间进行倒计时。 本次课程设计报告包括概述、方案论证、电路设计、性能测试、结论、性价比、课设体会和合理化建议七个部分，详细记录了本次课程设计的设计过程，明确体现了设计原理和应用策略，满足了课程设计要求，达到了预期效果。二、方案设计设计一个可预
4、置定时报警电路，能够预置0-99内的时间，按动开关进行倒计时，在倒计时结束时数码管显示“00”同时发光二极管发出红光，并能解除报警和复位。在倒计时过程中能够对时间进行暂停、继续倒计时、清零等操作，可以多次预置时间进行倒计时，原理框图如图1所示。图1 可预置定时报警电路的原理框图可预置定时报警电路原理框图如图1所示，采用555定时器产生周期为1秒的脉冲，计数器采用74LS192芯片，当555定时器提供的脉冲信号为上升沿时计数器会完成一次递减，在计时器开始的最初阶段首先要为其置数，通过对两片74LS192的A、B、C、D接口依次加上高、低电平来完成对十位和个位置数。七段显示译码器和七段显示数码管组
5、合起来用以完成显示数值的功能，当数值递减为零时自动报警。本次设计的秒脉冲与计数器之间的应用配合是系统的主要部分，控制电路的所有功能可以通过设置两个单刀双掷开关和一个单刀开关来完成，分别将它们按照设计要求连接来，实现开始倒计时、暂停/继续、清零的功能。三、电路设计1. 74LS192计数器模块本次课程设计中计数器选用中规模集成电路进行设计，74LS192是十进制同步加法/减法计数器，其功能表如表1所示。表1 74LS192的功能表UPDOWN LOADCLR操作00置数110加计数110减计数1清零1110保持74LS192具有以下功能，当LOAD=0，CLR=0时，可以对其置数，数码管显示预置
6、数字；当LOAD=1，CLR=0，UP=1时，若有时钟脉冲加到DOWN端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当计数器从9减到0时，减法借位输出端BO输出借位下降沿跃变脉冲；当LOAD=1，CLR=0，UP=1，DOWN=1时计数暂停，保持当前状态；若当CLR=1，则进行清零操作。Q0-Q7分别接到显示译码器的输入端，DOWN端接到秒脉冲发生器的脉冲输出端。图2中所示为预置数N=（0010000）8421BCD=（20）10，当低位计数器U2的借位输出端BO输出低电平借位脉冲时，高位计数器U1才开始进行减法计数。当电路系统倒计时到高、低位计数器都为零时，高位计数器U1的借位输出端BO输出低电
7、平借位脉冲，通过与门U7共同作用使输入脉冲为零，使计数器U2停止计数，从而使数码管始终保持显示“00”状态，同时导通报警电路，使发光二极管发红色光，开始报警。计数器模块电路图如图2所示。图2 计数器模块电路图2.秒脉冲信号发生模块秒脉冲信号发生模块是为全电路提供一个周期为1秒的时钟脉冲信号，使整个电路系统在运行过程中能够保持一致的工作步伐。由于电路系统需要一个相对稳定的脉冲信号以保证计时器稳定计时，所以采用555定时器构成的多谐振电路来发出时钟脉冲信号。555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，由于555定时器构成的多谐振电路内部比较器灵敏度较高，采取差分电路形式，因此用555定时
8、器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小，广泛应用于日常生活中电子信号的产生和变换和某些电器设备中控制和检测电路。电容器C放电所需时间为： (1)当放电结束后，向电容器C进行充电，所需时间为： (2)产生的脉冲周期为： (3)本次课程设计的可预置定时报警电路需要的脉冲周期是1秒，根据以上公式可计算出满足要求且输出脉冲信号较为稳定的电阻、电容值为：其秒脉冲信号产生电路如图3所示。接与门控制电路图3 秒脉冲信号发生模块电路图3.译码显示模块译码显示模块是将可预置定时报警电路倒计时过程中的具体操作更加直观的显示出来。在倒计时过程中，74LS192会将计时模块所输出的信号传送给译码器
9、，信号在经过译码器译码后接入到七段显示数码管，通过七段显示数码管将信号变化情况准确、直观的显示出来。74LS47D译码器和七段显示数码管如图4所示。图4 译码显示模块电路图4.报警电路模块报警电路模块是由一个发光二极管LED1、电阻等电子元器件构成的，其作用是在用户预置定时间之后，打开倒计时开关，电路从预置定的时间进行倒计时，当计时器完成一次从预置定数递减到0时，电路进行报警。当计时器完成一次从预置定数递减到0时，高位计数器U1的借位输出端BO会产生低电平，进而导通报警电路，使二极管发出红光用来进行警报。同时，作为低电平信号，经过与门的共同作用切断了时钟脉冲信号的输入，使计数器U2停止计数，从
10、而达到了让七段显示数码管保持显示“00”状态的目的。一般状态时，作为报警指示灯的二极管两端都为高电平，此时二极管不会导通，所以也就不会发光。当二极管一端为低电平时才能导通发出红光，达到报警的目的。 报警模块电路如图5所示。图5 报警模块电路图5.控制电路模块控制电路模块由四个部分组成，分别为置数、开始、暂停/继续、清零。由五个开关S1、S2、S3、S4、S5控制实现以上功能。（1）置数功能的实现是通过两个四极开关S1、S2分别连接在两个74LS192的ABCD四个引脚上来作为置数控制端，对系统进行预置定时间。置数功能控制电路如图6所示，系统置数为41。图6 置数功能控制电路图（2）开始倒计时控
11、制功能的实现是由一个单刀双掷开关S3控制，通过输入高电平和与门U5一起使LOAD=1或LOAD=0来满足74LS192进行减法计数和停止计数的条件，从而实现报警电路的倒计时以及复位预置数的功能，还可以对警报进行解除。开始倒计时控制功能电路如图7所示。接高电平图7 开始计时功能控制电路图（3）暂停/继续控制模块是由单刀双掷开关S4控制实现的，它的一端与或门U4连接，当将开关S4打到与VCC相连的高电平档位，使计数器74LS192满足暂停倒计时的条件，从而实现使报警电路倒计时暂停的目的。暂停/开始功能控制电路如图8所示。接与门控制电路图8 暂停/开始功能控制电路图（4）清零功能是通过单刀开关S5控
12、制使CLR=1来完成，为了使清零时发光二极管不发光，利用与非门U8来共同控制电路，当CLR=1时使报警电路断路，使发光二极管熄灭。清零功能控制电路如图9所示。 图9 清零功能控制电路图四、性能的测试1. 秒脉冲信号发生电路的仿真将信号发生器输出端接到示波器上，观察波形并检验信号的周期，测试电路如图10所示。 图10 秒脉冲发生测试电路输出波形如图11所示，使用555定时器构成的多谐振荡电路产生的时钟脉冲信号，以低电平跃变到高电平的上升沿为基准的一个周期内所经历的时间约为1秒 。图11 秒脉冲输出波形图2.预置定时间电路的仿真用开关S1、S2根据8421码制分别将两个数码管设置为0-9之间任意的
13、数字，当将LOAD置为低电平时，数码显示管则显示预置定的数字。但是要注意对于高低、位进行置数，不能超出范0-9之间的范围，否则不规范操作会使数码管显示乱码而无法正常显示倒计时情况。如图12是预置为N=（10001010）8421BCD=（15）10状态，数码管显示“20”秒字样 。预置定时间电路仿真如图12所示 。图12 预置定时间电路图3.开始倒计时电路的仿真将开关S3接入高电平，在与门的共同作用下将LOAD置为高电平，在信号脉冲不断输入的同时，触发74LS192进行减法计数，数码管显示数字递减情况。开始倒计时电路如图13所示。图13 倒计时电路图4. 暂停/继续控制电路的仿真将开关S4接到
14、高电平，在LOAD=1，UP=1，CLR=0的前提下，使DOWN=1，达到暂停倒计时的目的，当把开关S4重新打到低电平时，计数器将会继续计数，倒计时继续进行。暂停控制电路如图14所示。图14 暂停/继续倒计时电路图4. 清零控制电路的仿真闭合开关S5使CLR=1将电路清零，为了使清零状态下发光二极管不发光，利用一个与非门来控制电路导通，当CLR=1时使报警电路短路，从而避免二极管发光。清零功能电路如图15所示。图15 清零功能电路图5. 报警电路的仿真当计数器计到状态“00”时，高位片的借位输出端BO产生低电平借位脉冲信号，由此导通发光二极管产生光报警信号。将开关S3打到低电平通过与门使LOA
15、D=0可解除报警信号。报警电路如图16所示。图16 报警电路图五、结论经过认真的原理分析和电路设计，在仔细的仿真连接完成后，进行客观的仿真实验来检验本次设计电路的性能。通过仿真实验的结果来看，本次实验基本满足本次课程设计的要求，完成了课程设计任务，实现了课程设计要求的电路功能。本次设计的可预置定时报警电路是利用555定时器设计出多谐振荡电路产生的秒脉冲发生器成功产生周期约为1秒的时钟脉冲作为信号源，为整个电路提供公共的信号。使用四极开关实现了对电路系统进行置数的操作，能够随意预置定0-99之间任意数字作为倒计时时间。根据设计原理，利用单刀双掷开关实现了暂停和继续计时的功能。通过单刀单掷开关使系
16、统满足清零条件，从而实现对报警系统不仅在倒计时过程中的清零功能，也能对初始状态进行清零。在倒计时完成后立刻进行报警，发光二极管发出红光，通过开关可以对其警报进行解除。这次课程设计关于可预置定时报警电路的设计运用的仪器较少而且皆为常用的电子元件，各个器件之间的选择较为准确，安全性强，可靠性高。电路具有原理简明、结构简单、可操作性强、稳定性高、成本低廉的特点。可以设计用于日常生活中竞选倒计时电路、抢答倒计时电路等具有倒计时报警、提示功能的电路，实现倒计时和报警功能。六、性价比根据仿真实验反馈的结果来看，本次设计的可预置定时报警电路性能稳定，具有原理清晰、电路简易、部件简单的优点，基本满足课程设计的
17、任务要求，能够实现对其置数、开始倒计时、暂停、继续计时、清零、报警的功能，在生产生活中可以被广泛应用于某些限时和预警电路中作为其核心部件，控制整个电路达到预警、限时等目的。由于本次的可预置定时报警电路在设计上简洁不冗杂，使用的元器件较少而且皆为常用电子元件，电路连接简易明了，对元部件的要求不是很高，因此在生产过程中不会有很高的成本，满足商品性价比的要求，同集成设计的电路相比具有成本低廉、连接简单、性能稳定可以简便维修的优点。但是，对于在操作性能价格比是指生产的商品品的性能与价格的比值，在定义上是权衡商品在客观上可买性的标准，其中比值越大表明该商品的性价比就越高。所谓性能是指产品的使用、审美和服
18、务，价格包括购买价格和使用过程中发生的维修费用，即整个产品寿命周期的费用。对于本次设计出的可预置定时报警电路来说，其设计原理简易、电路连接清晰，操作性能稳定，设计成本较低，元器件成本廉价，因此本次设计出的可预置定时报警电路具有很高的性价比，可以用于实际生产，服务于当代数字时代。七、课设体会及合理化建议近两周的数字逻辑课程设计即将结束，在任课老师的悉心指导和亲切关怀下，在同学们的热情帮助下，经过自己的刻苦专研和不懈努力，终于完成了本学期课程设计任务，为本学期的学习进程画上一个圆满的句号。这是我第一次接触到数字逻辑电路的课程设计，虽然在开始的时候对multisim-12软件一无所知，但是经过自己的
19、研究和探索，自己下载并安装了multisim-12仿真软件，并在课程设计过程中逐渐加深了对该软件的应用水平。本次课程设计不仅加深了我对数字逻辑这门课程的学习，还锻炼了我的实践动手能力，培养了学习兴趣，使我终身受益匪浅！在连接仿真电路时难免会有一些问题出现。经过最近一段时间在图书馆查找资料，查到一些有关74LS192芯片的应用。从芯片的原理着手，不断的靠近我的课程设计设题目，明确了设计思路和设计方法。最后，我对完成本次课程设计任务信心十足。仿真电路的连接是这次课程设计的难点，在成功地设计出电路图之后，把仿真电路连接好的时候，第一次在软件上进行仿真试验却失败了，原因出在555定时器上，后来经过调整
20、终于得到波形并且得到了理想的效果，那一刻心中的喜悦是无法用语言来形容的。本学期的课程设计让我难忘，在这个过程中不仅加深了我对数字逻辑知识理论的掌握，更重要的是在动手的过程中我认识到了细节决定成败的道理，深切感受到系统概念下的每一个细节都是决定最终结果成功与否的决定性因素，因此在未来的学习、社会、生活中，我要更加注重细节，努力改善自己的不足，争做优秀的当代大学生。再次感谢老师的亲切关怀和同学们的热心帮助，我将不负老师和同学们的殷切期望，在日后的学习道路上，努力用自己的实际行动去追求学业上的成就，以优异的成绩回报老师、同学们对我付出的心血和汗水！参考文献1 阎石主编. 数字电子技术. M北京：高等
21、教育出版社，2006年2 陈振官等主编著. 新颖高效声光报警器. M北京：国防工业出版社，2005年3 刘修文主编.是用电子电路设计制作. M北京：中国电力出版社，20054 朱定华主编.电子电路测试与实验. M北京：清华大学出版社，20045 路勇主编.电子电路实验及仿真. M北京：北京交通大学出版社，20046 伍时和主编.数字电子技术基础. M北京：高等教育出版社，20097 赵负图主编.数字逻辑集成电路手册. M北京：化学工业出版社.20048 徐丽香主编.数字电子技术. M北京：电子工业出版社.20069 李忠国主编.数字电子技能培训. M北京：人民邮电出版社.200610 陈建业主
22、编.电力电子电路的计算机仿真. M北京：清华大学出版社，2003附录I 总电路图附录II 元器件清单序号编号名称型号数量1U1、U2 74LS192十进制集成计数器74LS192N22U3555定时器LM555CM13U4二输入一输出 或门74LS32N14U5、U6、U7二输入一输出 与门74LS08D35U8二输入一输出 与非门74LS00N16U9、U10七段数码显示管BS12.7G-127U11、U12七段数码管译码器驱动器74LS47D28R1、R2电阻600/0.075W29R4电阻30k/3.750W110R5电阻60k/7.500W111C1电容10/25V112C2电容0.01/25V113S1、S 2四极开关DSWPK_4214S3、S 4单刀双掷开关SPDT215S5单刀单掷开关DIPSW1116LED1发光二极管LED_red1
