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数电课程设计说明书
湖南工学院
课程设计说明书
课程:
数字电子技术
课程设计题目:
八路数显报警器
班级:
电气0902班
姓名:
张伍
学号:
09400130204
时间:
2010-2011学年第二学期
指导教师:
贾雅琼老师
摘要
设计并安装一个8路数显报警器,当8路中某一路断开时,显示该路编码,并发出音响。
显示报警编码用一位LED显示器显示。
报警存在优先级,在两个或两个以上报警条件符合时,只显示高优先级的编码。
报警时间持续1分钟或人为解除报警。
关键词显示器;报警器;编码;优先级
ABSTRACT
Designandinstallano.8digitalalarm,whenoneoftheeightroadshowswhichwaydisconnected,andsendaudiocoding.DisplayalarmingcodingusingaLEDdisplay.Alarmexistpriorityattwoormorethantwoalarmconditionsaremet,displayonlyhigher-prioritycoding.Alarmdurationof1minuteorartificialliftalarm.
KeywordsMonitor;alarm;coding;priority
1、设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍等等
1.1设计课题——8路数显报警器
1.2功能要求说明
1.3设计课题总体方案介绍
1.4设计思路及工作原理说明
4、电路仿真
5、安装与调试
附录
1、设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍等等
1.1设计课题——8路数显报警器
1.2功能要求说明
(1)设计并安装一个8路数显报警器,当8路中某一路断开时,显示该路编码,并发出音响。
(2)显示报警编码用一位LED显示器显示。
(3)报警存在优先级,在两个或两个以上报警条件符合时,只显示高优先级的编码。
(4)报警时间持续1分钟或人为解除报警。
1.3设计课题总体方案介绍
方案:
如下图(a)示:
其中总开关起控制总电源的作用,八个控制开关分别为八个按钮,经过编码翻译,由译码器译出编码器的编码,从而在显示器显示数字。
而编码器再连接555振荡电路,再与报警器相连,实现声音报警。
1.4设计思路及工作原理说明
(1)设计思路:
8路数显报警电路设计思路如上图所示:
其中总开关起控制总电源的作用,八个控制开关分别为八个按钮,对于编码器的八个输入信号,再由译码器译出编码器的编码,从而在显示器显示数字。
在编码器的EO接口接一反向器,再与译码器的BI接口相连,起清除复位作用。
同时在编码器上的GS接口上连接555振荡电路,再与报警器相连,实现声音报警。
(2)原理框图如下:
系统的总的设计框图如下图(b)所示。
图中很清楚的说明通过开关的控制产生低电平输入到编码器74LS474再输入到译码器74LS48就点亮LED七段数显。
而开关的控制也引起4068输出再输入到555的2脚,3脚输出高电平就使得蜂鸣器发出声音!
1):
1脚是接地端;
2):
2脚和6脚是信号的输入端;
3):
3脚是555定时器的输出端,输出的波形是矩形波;
5):
5脚是控制端,常对地接一个0.01uF的滤波电容;
6):
7脚是放电端,也是控制波形的周期;
7):
8脚是Vcc端。
(2)555定时器的功能
输入
输出
u11
u12
Uo
V状态
×
×
0
0
导通
>2VCC/3
>VCC/3
1
0
导通
<2VCC/3
>VCC/3
1
1
截止
<2VCC/3
>VCC/3
1
不变
不变
表
(1)定时器555的功能表
设TH和
端的输入电压分别为u11和u12,555定时器的工作情况如下:
当u11>UR1、u12>UR2时,比较器C1和C2的输出uc1=0、uc2=1,基本RS触发器被置0,Q=0、
=1,输出Uo=0,同时V导通。
当u11 =0,输出Uo=1,同时V导通。 当u11 综上所述,5G555定时器的功能如表3-1所示。 (1)74LS48芯片引脚图 74LS48被称为集成显示译码器,用来驱动各种显示器件,从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观地显示出来的电路,称为显示译码器,其引脚图如图(d)所示: 1): 3、4、5是信号的控制端; 2): A、B、C、D分别是译码器的输入端,它于74LS90的 、 、 、 端相连接; 3): a、b、c、d、e、f、g是译码器的输出端,它于锁存器相连; 图(d)74LS48芯图 七段显示译码器74LS48功能表如表 (2)所示: ——测试灯输入端。 =0(低电平有效)且 =1时,Ya-Yg输出均为1,显示器七段应全亮,否则说明显示器件有故障。 正常译码显示时, 应处于高电平,即 =1。 ——双重功能端。 此端可作为输入信号端又可以作为输出信号端。 作为输入端时是熄灭信号输入端 ,利用 端可按照需要控制数码管显示或不显示。 当 =0时(低电平有效),无论A3A2A1A0状态如何,Ya-Yg均为0,数码管不显示。 当该端作为输出端时是灭零输出端 ,当 =0,且A3A2A1A0=0000时, =0。 ——灭零输入端。 该端的作用是将数码管显示的数字O熄灭。 当 =0(低电平有效)、 且A3A2A1A0=0000时,Ya-Yg均输出0,数码管不显示。 表 (2)七段显示译码器74LS48功能表 十进制数 A3 A2 A1 A0 Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 说明 0 × × × × × 1 1 1 1 1 1 1 1 测试灯 × × × × × × 0 0 0 0 0 0 0 0 熄灭 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 灭0 0 1 × 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 显示0 1 1 × 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 显示1 2 1 × 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 显示2 3 1 × 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 显示3 4 1 × 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 显示4 5 1 × 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 显示5 6 1 × 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 显示6 7 1 × 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 显示7 8 1 × 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 显示8 9 1 × 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 显示9 2.374LS147芯片介绍 (1)74LS147芯片引脚图 1)8、16脚接电源; 2)11、12、13、1、2、3、4、5、10脚分别对应输入I1——I9; 3)9、7、6、14分别对应输出Y0`Y3 (2)74LS147芯片功能表 输入 输出 I9 I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 /Y3 /Y2 /Y1 /Y0 0 X X X X X X X X X 0 1 1 0 1 0 X X X X X X X X 0 1 1 1 1 1 0 X X X X X X X 1 0 0 0 1 1 1 0 X X X X X X 1 0 0 1 1 1 1 1 0 X X X X X 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 X X X X 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 X X X 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 X X 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 X 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 表(3) 图(e) (1)LED显示器引脚图 通常所说的LED显示器如图(f)所示,由7个发光二极管组成,因此也称之为七段LED显示器。 图(f)LED显示器 此外,显示器中还有一个圆点型发光二极管(在图中以dp表示),用于显示小数点。 通过七个发光二极管亮暗的不同组合,可以显示多种数字、字母以及其它符号。 1): a、b、c、d、e、f、g、dp是数码管的输入端; 2): 9脚是接高电平,因为是共阳数码管。 (2)LED功能表 七段发光二极管,再加上一个数点位,共计八段。 因此提供给LED显示器的字形代码正好一个字节。 各代码位的对应关系如表: 代码位 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 显示段 a b c d e f g dp 表(4) 图(g) (1)优先编码-译码-显示电路的结构框图 显示电路 译码电路 编码电路 总开关 图(h) (2)优先编码-译码-显示电路的工作原理 总开关的改变把产生低电平,输入到编码电路;经过编码74LS147的编码后,输入到译码电路;再经过译码74LS48的译码后,输入到LED数字显示器,从而显示数字. (3)优先编码-译码-显示电路图 我们用8个双刀单砸开关输入到74LS147编码,再经过非门74LS04,输入到74LS48译码,再输入到LED显示! 如图(i)所示: 图(i)优先编码-译码-显示电路图 (1)555定时器工作原理 由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。 触发电路由C1、R1构成,稳态时555电路输入端处于电源电平,内部放电开关管T导通,输出端F输出低电平,当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2端。 并使2端电位瞬时低于 ,低电平比较器动作,单稳态电路即开始一个暂态过程,电容C开始充电,VC按指数规律增长。 当VC充电到 时,高电平比较器动作,比较器A1翻转,输出V0从高电平返回低电平,放电开关管T重新导通,电容C上的电荷很快经放电开关管放电,暂态结束,恢复稳态,为下个触发脉冲的来到作好准备。 暂稳态的持续时间tw(即为延时时间)决定于外接元件R、C值的大小。 tw=1.1RC。 通过改变R、C的大小,可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。 当这种单稳态电路作为计时器时,可直接驱动小型继电器,并可以使用复位端(4脚)接地的方法来中止暂态,重新计时。 此外尚须用一个续流二极管与继电器线圈并接,以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。 (2)定时电路的参数计算 暂稳态的持续时间tw(即为延时时间)决定于外接元件R、C值的大小。 tw=1.1RC 令C=100uF,根据设计要求tw=60s,算出R=550K 图(j)定时电路图(k)工作波形 4、电路仿真 在pretous软件上分别对没有断路,有一路断路,多路断路的三种情况进行仿真。 (1)没有短路的情况: (2)第一路短路的情况: (3)第四路短路优先的情况: 5、安装与调试 电子安装完毕,通常不急于通电,先要认真检查一下。 a.检查连线是否正确,按一定顺序一一检查安装好的线路,或以元件为中心进行查线,把每个元件引脚的连线一次查清,检查每个去处在电路图上是否存在。 b.用万用表的“二极管挡”的蜂鸣器来测量元器件引脚,这样可以同时发现接触不良的地方。 c.检查元器件引脚之间有无短路,连接处有无接触不良,二极管的极性和集成元件的引脚是否连接有误。 把经过准确测量的电源接入电路。 观察发现若将其中S1--S8之间任何一段开关断开,则LED显示器显示其编码,如: 我们将S5断开,显示器马上显示数字5,并发出蜂鸣报警持续一分钟。 再将其他的开关如上测试,看结果和要求是否一致。 这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。 在整个设计过程中,我们设计了一套电路原理图,进行了pretous软件仿真,绘制了PCB原理图,制作了PCB双面板等。 整个课程设计过程使得我更加熟练的掌握了pretous和protel软件的基本操作。 同时课程设计也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件和芯片的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。 这次课程设计虽然短暂,但是让我得到了许多方面的提高。 首先,提高了我们的逻辑思维能力,使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步,进一步增进了我们对一些常见逻辑器件的了解,也使我们充分认识到数字电子技术这门课程的重要性。 其次,我们还认识到查阅参考书和独立思考能力的培养非常重要,我们在设计电路是遇到很多不理解的东西,有的通过查阅参考书弄明白,有的通过网络查到,但由于时间和资料有限,我们更多的还是要独立思考。 另外,我们也认识到相互讨论共同研究的团体合作精神也是相当重要的。 当遇到自己不懂的问题时,跟其他组员进行讨论,问题总会迎刃而解。 此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,相信今后的制作应该更轻松。 在此,感谢老师的细心指导,也同样谢谢同学的无私帮助! 参考文献 [1]谢自美.电子线路设计 实验 测试(Ⅲ).武汉: 华中科技大学出版社,2006. [2]杨志忠,卫桦林.数字电子技术(Ⅲ).北京: 高等教育出版社,2003. [3]张亦华,延明,肖冰.数字逻辑设计实验技术与EDA工具(Ⅲ).北京: 北京邮电大学出版社,2003. [4]李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础(Ⅱ).北京: 北京航天大学出版社,2006. [5]熊幸明,王新辉,曹才开.电工电技能训练(Ⅲ).北京: 电子工业出版社,2001. [6]胡宴如,耿苏燕.模拟电子技术(Ⅲ).北京: 高等教育出版社,2005. 附录 附录1元件清单 元器件 型号 个数 编码器 74LS147 1 译码器 74LS48 1 40688输入与非门 4068 1 74LS04非门 74LS04 1 555定时器 LM555CH 1 7段数码显示管 阴极 1 蜂鸣器 1 10K电阻 8 560K电阻 1 0.01uf电容 1 100uf电容 1 推拉开关 9 PCB板 1 附录2Protel电路原理图 附录3PCB图
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