可预置的定时显示报警系统报告资料.docx
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可预置的定时显示报警系统报告资料
沈阳工程学院
课程设计
设计题目:
可预置的定时显示报警系统
系别信息工程系班级通信本101
学生姓名陈兴卓学号15
指导教师于源/秦宏职称讲师/副教授
起止日期:
2012年6月11日起——至2012年6月21日
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目:
可预置的定时显示报警系统
系别信息工程系班级通信本101
学生姓名陈兴卓/李龙见/邵帅/武文捷
学号15/34/18/43
指导教师于源/秦宏职称讲师/副教授
课程设计进行地点:
B419
任务下达时间:
2012年5月25日
起止日期:
2012年6月11日起——至2012年6月21止
教研室主任曲延华2012年5月7日批准
可预置的定时显示报警系统
1设计主要内容及要求
1.1设计目的:
(1)掌握可任意预置时间的显示报警系统的构成、原理与设计方法;
(2)熟悉集成电路的使用方法。
1.2基本要求
(1)设计一个可任意预置30秒的显示报警系统;
(2)要求预置30秒减到0秒报警(也可预置0秒加到30秒报警);
(3)可控制的计数、锁存、译码、显示系统。
1.3发挥部分
(1)双报警电路(启动与报时各报警一次)
(2)单报警电路(到时报警一次);
(3)每隔5秒显示一次时间(30秒、25秒,……,0秒显示),系统能准确地预置和清零。
2设计过程及论文的基本要求:
2.1设计过程的基本要求
(1)基本部分必须完成,发挥部分可任选2个方向:
(2)符合设计要求的报告一份,其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份;
(3)设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交;报告的电子档需全班统一存盘上交。
2.2课程设计论文的基本要求
(1)参照毕业设计论文规范打印,文字中的小图需打印。
项目齐全、不许涂改,不少于3000字。
图纸为A3,附录中的大图可以手绘,所有插图不允许复印。
(2)装订顺序:
封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文(设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算(重要)、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍)、小结、参考文献、附录(逻辑电路图与实际接线图)。
3时间进度安排
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
1
2012.6.11
布置课设题目讲解,分组
打分
2
2012.6.12
开题答辩
打分
3
2012.6.13
小组查找资料开始设计原理图
打分
4
2012.6.14
仿真软件学习,绘制原理图
打分
5
2012.6.15
仿真软件学习,绘制原理图
打分
6
2012.6.18
完成原理图主体
打分
7
2012.6.19
原理图仿真运行
打分
8
2012.6.20
布置报告要求
打分
9
2012.6.21
正式答辩
打分
10
2012.6.22
上交报告
打分
沈阳工程学院
数字电子技术课程设计成绩评定表
系(部):
信息工程系班级:
通信本101学生姓名:
陈兴卓
指导教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料;能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2
工作能力
态度
工作态度认真,遵守纪律,出勤情况是否良好,能够独立完成设计工作,
0.2
5
4
3
2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务,工作量饱满,难度适宜。
0.2
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备,书写工整规范。
0.5
5
4
3
2
指导教师评审成绩
(加权分合计乘以12)
分
加权分合计
指导教师签名:
年月日
评阅教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性;有综合归纳资料的能力
0.2
5
4
3
2
工作量
工作量饱满,难度适中。
0.5
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备,书写工整规范。
0.3
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
(加权分合计乘以8)
分
加权分合计
评阅教师签名:
年月日
课程设计总评成绩
分
中文摘要
随着信息时代的到来,电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用,数码产品走向生活的各个方面,数字电子技术已经成为反映以及影响当今科技技术发展的重要技术,可以预见在当今以及未来相当长的一段时间内,数字电子技术将会扮演越来越重要的作用。
同时掌握一定的数电知识直接决定我们未来的发展以及能走多远。
而且在现实生活中运用模电数电知识设计的电子产品成为社会生活中不可缺少的一部分,特别是在一些限时,或者危险时刻,作为一个提醒的重要工具。
在我们的学习、工作、生活中,报警器无处不在,然而要想将报警器发挥出更多更大的作用,就需要我们去探索,研究。
本设计为可预置的倒计时30秒的定时显示报警系统,在倒计时结束之后报警器发声报警。
采用555定时器构成的多谐振荡器产生高频脉冲信号,随后经过三个十进制分频器7490N分频成1HZ的脉冲信号,通过两个十进制计数器74LS190D,通过手控开关控制置数端设置成倒计时30秒的定时报警系统,在秒脉冲作用下,进行倒计数,依次倒数,用缓冲门缓冲数字信号,再经过两个数值比较器7485N,比较可逆计数器的个位和预置的0和5,使比较器相等时输出高电平,控制锁存器的使能端,从而达到秒个位为0或5的时候输出(即30秒,25秒,…… ,5秒,0秒),显示在显示器上,并在倒计时结束的时候发出报警。
本设计的发挥部分主要是每隔5秒才显示(通过两个数值比较器设置秒个位为0或5),系统能够准确的预置和清零。
关键词振荡器,分频,倒计时,报警
目录
课程设计(论文)任务书…………………………………..……….………………..…………….I
课程设计(论文)成绩评定表…………………………………………………………………Ⅱ
中文摘要III
1设计任务描述1
1.1设计题目:
可预置的定时显示报警系统1
1.2设计要求1
1.2.1设计目的1
1.2.2基本要求1
1.2.3发挥部分1
2设计思路2
3设计方框图3
4各部分电路设计及参数计算4
4.1振荡器模块4
4.2分频器模块4
4.3计数器电路模块5
4.4锁存器控制电路模块5
4.5开关电路模块7
4.6报警电路模块7
5工作过程分析8
5.1计时电路工作过程分析8
5.1.1秒信号产生模块工作过程分析8
5.1.2倒计时模块工作过程分析9
5.2每隔5秒显示模块工作过程分析9
5.3报警模块工作过程分析10
5.4总工作过程分析11
6元器件清单12
7主要元器件介绍13
7.1555多谐振荡器13
7.1.1引脚图13
7.1.2功能表13
7.1.3工作原理及功能介绍13
7.2十进制可逆计数器74LS19014
7.2.1引脚图14
7.2.2功能表15
7.2.3工作原理及功能介绍15
7.3集成数值比较器7485N15
7.3.1引脚图15
7.3.2功能表16
7.3.3工作原理及功能介绍16
小结17
致谢18
参考文献19
附录A1原理图20
附录A2运行截图21
1设计任务描述
1.1设计题目:
可预置的定时显示报警系统
1.2设计要求
1.2.1设计目的
(1)掌握可任意预置时间的显示报警系统的构成、原理与设计方法;
(2)熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2基本要求
(1)设计一个可任意预置30秒的显示报警系统;
(2)要求预置30秒减到0秒报警(也可预置0秒加到30秒报警);
(3)可控制的计数、锁存、译码、显示系统。
1.2.3发挥部分
(1)每隔5秒显示一次时间(30秒、25秒,……,0秒显示),系统能准确地预置和清零;
(2)单报警电路(到时报警一次)。
2设计思路
首先,经过对可预置定时显示报警系统的分析,我们所要设计的电路应包括这几个部分:
(1)产生脉冲信号。
为实现以秒为单位的定时,计数器工作需要CP脉冲信号,所以我们决定采用由555定时器组成的多谐振荡器产生1000HZ的高频脉冲信号,但是由于产生信号的频率过大,我们需要的是1HZ的脉冲信号来进行倒计时30秒,所以需要分频,分频电路运用的是由3个7490N芯片组成的三级十分频电路,将1000HZ的高频信号分成1HZ的脉冲信号。
(2)经过可逆计数器进行倒计时。
一般来说报警系统都是采用倒计时,所以我们决定采用两个十进制可逆计数器74LS190D完成此部分功能。
一个控制秒十位,将ABCD四个输入端接入0011,表示十位是三,另一个控制秒个位,将ABCD四个输入端接入0000,这样,倒计时30秒即设计完成。
(3)显示器显示倒计时时间,报警器发声报警。
将计数器74LS190D的输出端接到DCD-HEX显示器上,便会显示出倒计时30秒。
当计时达到要求后后需要发声报警,所以想到用比较器来实现,将计数器的输出与预置好数值的比较器进行比较,两数若相等的话就可以输出触发信号来激活报警器发出警报,当十位和各位都为零时,喇叭发声。
这样,可预置的定时显示报警系统的基本要求部分就完成了,下面是发挥部分:
基本电路是由30秒逐一减到1秒,现在决定让显示器每隔5秒显示一次时间,即30秒、25秒,……,5秒、0秒,这就需要用到锁存器和数值比较器来完成。
我采用的是两个7485N数值比较器与秒个位相连,一个与5比较,即B3、B2、B1、B0分别接0101,另一个与0比较,B3、B2、B1、B0分别接0000,当计数器74LS190D输出个位为0或者5的时候,经过一个或门74F32D,输出到锁存器74LS77W,如果满足要求,锁存器就正常输出,如果不满足,便停止输入,保存记忆,输出原来保持的数字,最后显示到显示器上。
以上是可预置的定时显示报警系统电路的设计思路
3设计方框图
4各部分电路设计及参数计算
4.1振荡器模块
选用555定时器组成的多谐振荡器,其输出频率为
(4.1)
由于频率太小不能起振,而频率过大又需要过多的分频器,而且555定时器组成的多谐振荡器产生的频率在1000Hz左右非常稳定,我将频率定为1000Hz,使用电阻分别为R1=3KΩ,R2=5.6KΩ,C=0.1µF,这样即得出设定的1000HZ频率。
(如图4.1)。
图4.1555定时器组成的多谐振荡器
4.2分频器模块
此电路产生秒脉冲为计数器提供计数秒脉冲。
分频电路运用的是由3个7490N芯片组成的三级十分频电路,将1000HZ的高频信号分成1HZ的脉冲信号,将第三个计数器的QD输出端接到计数器的脉冲端作为脉冲信号,即发挥了分频的作用(如图4.2)。
图4.2分频器电路
4.3计数器电路模块
倒计时30秒采用的是两个十进制可逆计数器74LS190D级联组成30进制(如图4.3所示),第一个控制秒十位,将ABCD四个输入端接入0011,表示十位是3,另一个控制秒个位,将ABCD四个输入端接入0000,表示个位是0,并将置数端连接到外部可控开关,当倒计时开始时,通过开关给一个低电平从而实现从30秒开始倒计时。
图4.3计数器电路
当分频器给它一个脉冲,计数器即开始工作,U/D端接低电平执行减数功能,为实现倒计时,那么就与低电平相连(由于需设计利用比较器控制锁存器来实现每隔五秒显示,信号在比较器一路被延时,故需在两计数器之间接两个非门起到缓冲作用)。
4.4锁存器控制电路模块
为了能够达到每5秒在显示器上显示一次时间的效果,需要加上锁存器,在这里我用了74LS77这个器件,其实它就是一个4块D触发器的集成产品,在器件上有四个控制端分别用来控制4个D触发器的工作状态,因为D触发器是输入什么输出就是什么,所以四个控制端就分别控制四个D触发器的D端是否与外电路向连,从而达到读取存入输出与将储存数据输出两种状态,在这部分里通过比较器比较信号控制使其每5秒开通一次以储存一次并将存入数据输出给译码器从而达到显示30、25、20、15、10、05、00这几个倒计时点的目的(如图4.4)。
图4.4锁存器电路
既然是每5秒显示一次,就需要比较器来控制锁存器何时开通何时关断,所以这个控制电路就需要每5秒对锁存器发出一个信号使其工作一次,也就是用两块比较器74LS85来比较秒个位计数器输出的信号是5还是0,然后将比较相等的结果时输送给锁存器要求存储数据(如图4.5),先在其中一块置数为5然后将另四个输入端接到秒个位计数器的四个输入端上这样每当秒个位到达5的时候就可以比较出一个相等的结果,利用这个结果作为信号送给锁存器当作开关信号,同理将另一块比较器先置数为0,输出信号也是一个对锁存器有效的信号,再送给锁存器要求存储数据,这样,就达到了每5秒显示一次的功能。
图4.5比较器电路
4.5开关电路模块
控制倒计时开始我采用的是瞬时开关(如图4.6),一端连到+5V电源上来给与高电平信号,一端接到GND来给与低电平信号。
设置点击空格键,将低电平信号给到计数器置数端即开始30秒倒计时,随时点击,随时恢复30秒。
图4.6开关电路
4.6报警电路模块
报警模块采用的是声光提示报警,秒个位和秒十位都为零时,即倒计时结束,发声光报警。
用一个与门74ALS08将秒十位和秒个位连接起来,左边连到秒十位计数器的输出端,连一个非门,右端练到与秒个位相连的比较器(与0相比较)的输出端。
当两者相与输出为1时,即满足十位和个位都为0时,输送给喇叭一端高电平,另一端接地,喇叭发声,并且红灯亮。
图4.7报警电路
5工作过程分析
5.1计时电路工作过程分析
5.1.1秒信号产生模块工作过程分析
首先采用555定时器组成多谐振荡器,产生1000HZ的高频脉冲信号,取R1=3KΩR2=5.6KΩC=0.1µF,如图5.1所示。
图5.1555定时器组成的多谐振荡器
由于我们需要的是1HZ的脉冲信号来进行倒计时30秒,所以需要分频,分频电路运用的是由3个7490N芯片组成的三级十分频电路,将1000HZ的高频信号分成1HZ的脉冲信号,如图5.2所示。
图5.27490N组成的分频器
5.1.2倒计时模块工作过程分析
采用两个十进制可逆计数器74LS190D级联组成30进制(如图5.3所示),第一个控制秒十位,将ABCD四个输入端接入0011,表示十位是3,另一个控制秒个位,将ABCD四个输入端接入0000,表示个位是0。
其U/D端为加减计数控制端,当U/D端接高电平时,该计数器执行的是加计数器功能,当U/D端接低电平时,该计数器便执行减计数器功能,我们要求倒计时,所以接低电平。
并将置数端连接到外部可控开关,当倒计时开始时,通过开关给一个瞬时低电平,计数器瞬时显示30,然后计数器开始执行倒计时,从而实现从30秒开始倒计时。
由于需设计利用比较器控制锁存器来实现每隔五秒显示,信号在比较器一路被延时,需实现控制信号与输出信号同步,故需在两个计数器之间接两个非门,起到缓冲输出数据信号作用。
图5.3 可逆计数器74LS190D级联组成30进制
5.2每隔5秒显示模块工作过程分析
基本电路是由30秒逐一减到1秒,现在决定让显示器每隔5秒显示一次时间,即30秒、25秒,……,5秒、0秒,这就需要用到锁存器和数值比较器。
将两个7485N数值比较器与秒个位相连(如图5.4所示),一个与5比较,即B3、B2、B1、B0分别接0101,另一个与0比较,B3、B2、B1、B0分别接0000,当计数器74LS190D输出个位为0或者5的时候,经过一个或门74F32D,即只要个位是0或5,就向锁存器输入有效信号,输出到锁存器74LS77W(如图5.5所示),如果满足要求,锁存器就正常输入,如果不满足,便停止输入,保存记忆,输出原来保持的数字,最后显示到显示器上。
图5.3 可逆计数器74LS190D级联组成30进制
图5.4 锁存器电路
5.3报警模块工作过程分析
报警模块采用的是声光提示报警,通过几个或门将秒十位输出A、B、C、D连接起来,即当A、B、C、D输出均为0时或门输出有效高电平信号,再通过一个与门将十位或门输出信号与个位比较器比较为0时输出信号连在一起,输出给到蜂鸣器一端,故实现秒个位和秒十位都为零时,即倒计时结束,发声报警。
用一个与门74ALS08将秒十位和秒个位连接起来,左边连到秒十位计数器的输出端,连一个非门,右端练到与秒个位相连的比较器(与0相比较)的输出端。
当两者相与输出为1时,即满足十位和个位都为0时,输送给喇叭一端高电平,另一端接地,喇叭发声,并且红灯亮(如图5.5所示)。
图5.5 报警器电路
5.4总工作过程分析
采用555定时器构成的多谐振荡器产生高频脉冲信号,随后经过三个十进制分频器7490N分频成1HZ的脉冲信号,通过两个十进制计数器74LS190D,通过手控开关控制置数端设置成倒计时30秒的定时报警系统,在秒脉冲作用下,进行倒计数,依次倒数,用缓冲门缓冲数字信号,再经过两个数值比较器7485N,比较可逆计数器的个位和预置的0和5,使比较器相等时输出高电平,控制锁存器的使能端,从而达到秒个位为0或5的时候输出(即30秒,25秒,…… ,5秒,0秒),显示在显示器上,并在倒计时结束的时候发出报警。
6元器件清单
序号
型号
说明
数量
1
555
定时器
1
2
7490N
分频器
3
3
74LS190D
计数器
2
4
74LS77W
锁存器
2
5
DCD-HEX
显示器
2
6
7485N
数值比较器
2
7
BUZZER
发声报警
1
8
7408N
或门
1
9
74F32D
与门
2
10
电容
电容
若干
11
电阻
电阻
若干
12
Key
开关
3
13
7405N
非门
1
14
74ALS27
或非门
1
7主要元器件介绍
7.1555多谐振荡器
7.1.1引脚图
图7.1555定时器引脚图
7.1.2功能表
表7.1555定时器的功能表
输入
输出
TH
TR
R0
Q
V的状态
X
X
0
0
导通
﹥2/3VCC
﹥1/3VCC
1
0
导通
﹤2/3VCC
﹤1/3VCC
1
1
截止
﹤2/3VCC
﹥1/3VCC
1
不变
不变
7.1.3工作原理及功能介绍
用555定时器组成的多谐振荡器如图7.2(a)所示,接通电源后,电容C被充电,当Vc上升到2Vcc/3时,使V0为低电平,同时放电的三极管T导通,此时电容C通过R
和T放电,Vc下降,当Vc下降到Vcc/3时,V0翻转为高电平。
电容器C放电所需时间为
t
=0.7R
C(7.1)
当放电结束时,T截止,Vcc将通过R
、R
向电容器C充电,Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间
t
=0.7(R
+R
)C
(7.2)
当Vc上升到2Vcc/3时,电路又翻转为低电平。
如此周而复始,于是在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。
电路的工作波形如图7.2(b)所示。
(a)(b)
图7.2由555定时器组成的多谐振荡器电路图
(a)电路图(b)工作波形
7.2十进制可逆计数器74LS190
7.2.1引脚图
图7.374LS190引脚图
7.2.2功能表
LD
S
U/D
CP
QDQCQBQA
0
X
X
X
置数
0
0
X
X
保持
1
1
1
↑
加计数
1
1
0
↑
减计数
表7.274LS190功能表
7.2.3工作原理及功能介绍
74LS190为一十进制可逆计数器,其U/D端为加减计数控制端,当U/D端接高电平时,该计数器执行的是加计数器功能,当U/D端接低电平时,该计数器便执行减计数器功能,LD为计数器的置数功能端,而且优先级高于计数功能,且LD是低有效,既当LD端接低时计数器便会执行置数功能,直接将由数据输入端DCBA输入的数据输出出去而不去进行进行计数功能,由表还可以知道,该计数器属于异步置数既不需要CP输入就可以进行置数。
该计数器上升沿起效,即每个上升沿会进行一次计数。
CO/BO为进位/借位信号输出端,若进行加计数器功能,则每加满一次进制就会在CO/BO端输出一高电平的进位信号,若进行减计数器工作,则每减够一次进制也会在CO/BO端输出一高电平的借位信号。
7.3集成数值比较器7485N
7.3.1引脚图
图7.47485N引脚图
7.3.2功能表
表7.34位数值比较器7485N功能表
输入
输出
A3B3A2B2A1B1A0B0IA>BIA FA>BFA A3>B3XXXXXX A3 A3=B3A2>B2XXXXX A3=B3A2 A3=B3A2=B2A1>B1XXXX A3=B3A2=B2A1 A3=B3A2=B2A1=B1A0>B0XXX A3=B3A2=B2A1=B1A0 A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0HLL A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0LHL A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0XXH A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0HHL A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0LLL HLL LHL HLL LHL HLL LHL HLH LHL HLL LHL LLH LLL HHL 7.3.3工作原理及功能介绍 集成数值比较器7485
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