课程设计定时报警器设计.docx
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课程设计定时报警器设计
课程设计_定时报警器设计
课程设计任务书
课程名称：
数字电子技术
题 目：
定时报警器设计
专业班级：
08电子信息工程
学生姓名：
学号：
指导老师：
审 批：
任务书下达日期 2010年9月27日星期一
设计完成日期 2010年10月11日星期一
一、设计任务与要求…………………………………………….2
二、方案设计与论证…………………………………………….2
三、单元电路设计与参数计算………………………………….3
四、仿真过程与仿真结果……………………………………….4
五、总原理图及元器件清单…………………………………….7
六、安装与调试………………………………………………….8
七、性能测试与分析…………………………………………….8
八、结论与心得………………………………………………….9
九、参考文献…………………………………………………….10
十、评分表……………………………………………………….11
定时报警器设计
一、设计任务与要求
1.设计一个简单的定时器，并具有显示时间，清零输出指示的功能。
2.定时器有两位的十进数LED数码管显示，即十位数、个位数。
3.按动控制开关计数开始后，在LED数码管上显示出00—99。
4.具有清零的功能，且每次清零后，又开始从00开始。
5.每次时间到点进行报警2S。
6.功能扩展：
增加任意时间设置报警功能。
二、方案设计与论证
该设计可以采用555定时器接成的多谐振荡器提供秒脉冲信号，通过对两个十进制计数器外电路的连接构成任意进制的计数器，计数器的计数输出通过译码器由数码管显示出来，这样就实现了定时功能。
通过逻辑变换，可以用逻辑门实现到点时得到高电平并具有规定延时，再由高电平驱动蜂鸣器实现报警功能。
将两计数器置数端接有效电平可实现预置数功能，若预置数设为报警点，即可实现任意时间报警功能；而接非有效电平可实现00~99计数。
设计框图如下：
方案一：
采用加法计数，两计数器输入端A,B,C,D都接地。
方案二：
采用减法计数，两计数器输入端A,B,C,D按设定起始值对应的二进制值来选择连接电源或地。
由于定时的概念突显剩余时间，而且规定报警点为座位号，可将座位号设为起始计数值，这样采用减法计数更恰当。
三、单元电路设计与参数计算
1.秒脉冲产生电路：
采用555定时器，如图连接电路。
由555定时器和R1、R2、C1构成多谐振荡器，利用电源通过R1、R2向C1充电，然后C1通过R2放电的循环反复，使电路产生振荡。
由振荡周期T=（R1+R2）*C*ln2＝1ｓ可得（R1+R2）＝１／（C*ln2）≈144.9KΩ，可取R1=R2=48KΩ
通过调节电位器R1、R2即可得到1s周期脉冲信号。
2.定时电路：
采用两个74LS190计数器接成46进制减法计数器。
为了将46设为计数起始值，将高位C输入端和低位B、C端接高电平，其余输入端接地。
将两个计数器输出端通过或非门（或者通过或门和与非门构成）接到置数端，由于74LS190为异步置数，即可实现46进制计数。
将高位C端、低位C端和低位A、B端的异或相与再取反后，和高位A、B端的取反输出相与非并经反向器接到蜂鸣器，即可实现到46报警并延时2s。
再将置数端经过单刀双置开关接电源即可实现99~00减计数并且有且仅有到46和45时报警；经过开关接地即可实现任意时间开始报警2s。
高位只有C端高电平时的状态表如下。
0100
0110
0100
0101
0100
0100
0100
0011
0100
0010
0100
0001
0100
0000
四、仿真过程与仿真结果
1.当R1、R2取48K，C1取10uF时仿真速度极慢，这里取R1、R2为10KC1为100nF作为仿真。
J3闭合，J1断开，J2置向74LS30端。
仿真开始时如下所示，可见从46开始减计数。
2．J1一闭合，立刻回到预置数，即实现任意时间报警功能（图示灯亮）。
3.减计数至00时，由异步置数立刻置成46，即为46进制。
4.经过两秒延时，回到低电平，即可实现报警两秒。
5.将J2掷向电源端，减计数至00后跳到99，可实现99~00计数。
五、总原理图及元器件清单
1、总原理图
2、元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U0
74LS86
1
四2输入异或门
U1,U18
74LS10
1
三3输入与非门
U2~U10,U19
74LS04
2
六反向器
U11
74LS30
1
8输入与非门
U12，U13
74LS190
2
同步十进制加减计数器
U14,U15
74LS48
2
七段译码器
U16,U17
5101AG-N3
2
七段发光二级管数码管
R1，R2
0~100K
2
电位器
R3
0~10K
1
电位器
C2
100nF
2
电容
C1，C3
10uF
2
电解电容
J1，J3
2
开关
J2
1
单刀双置开关
A1
555-VIRTUAL
1
555时基电路
六、安装与调试
利用ProtelDXP软件画好原理图，再将原理图打印出来，然后印制到电路板上，再将电路板上剩余铜片腐蚀掉。
用酒精清洗板上的碳墨后，对板钻孔，然后插上芯片管座、电位器、电容和开关进行焊接。
焊接完成后插上芯片，接上自备手机充电器，调节电位器R1、R2进行调试。
调试过程发现，无论R1、R2如何改变，数码管都显示预置数46不变，将连接秒脉冲产生电路和定时电路的电容C3短路后发现数码管开始显示减计数，但是即使R1、R2调到最大值，计数还是太快，所以只有增大电容C1才能解决问题。
果然，在C1换为20uF后调节电位器R1、R2计数周期可以达到1s。
ProtelDXP软件画好原理图如下。
七、性能测试与分析
1.J1断开，J2置向74LS30端，J3闭合。
因为预置数为46，所以从46开始减计数。
从数码管显示可见，实物符合设计要求。
2．任一时间，按下J1然后自动挑起，数码管立刻显示预置数46，同时蜂鸣器发出响声并响两秒，即实现任意时间报警功能。
因为J1开关闭合即将两计数器置数端接地，实现预置数功能，而预置数点即为报警点，因此实现了设计的要求。
3.减计数至00时，数码管显示立刻置成46，即为46进制。
因为74LS190为异步置数计数器，不需要等待脉冲信号作用，所以00不计入循环数，即实现46进制。
同时蜂鸣器发声并响两秒，实现了每次时间到点进行报警2S功能。
4.将J2掷向电源端，从数码管显示可见能实现99~00计数。
因为将J2掷向电源端，即是让两计数器置数端工作在非有效电平从而不能置数，实现99~00计数并且有且仅有到46和45时报警。
八、结论与心得
通过本次实训，完成了定时报警器的课程设计任务，达到了设计要求，同时我从中也受益匪浅。
在短短的一周，要完成从找资料、构思电路、仿真、手工制版到焊接，所以我很珍惜时间，放弃午休、晚睡早起地赶进程。
一有问题就翻课本找资料，单独完成了整个课程设计。
在仿真时，由于74LS48为共阴译码器，驱动共阴数码管，而发现元件库里数码管有CA和CK端之分，开始用CA无论怎么试都出错，才知道原来有CA端的是共阳数码管。
而原理图要用到开关，自己找了半天都没找着，后来在老师指点下才知道原来SP就是开关符号，有种柳暗花明的感觉。
经过一次次仿真的失败，到最后的成功，我体会到成功的滋味，也培养了我的耐心。
仿真成功后，又一大难题是手工制板。
由于刚学Protel DXP电路设计软件，对其应用还很生疏，所以为打印原理图下了不少功夫，开始用１０mil宽线连接，后来看同学用２０mil线宽打印出来的线都很细很容易断，所以又重新用２５mil连线，为了使跳线尽量少，在保证有一定间隙下我让线尽可能地从芯片底下穿过。
线还是细了点，所以我在印制过程都很小心，并让板在印制机上过了３遍，印制完后又用墨笔涂了几处易断点，所以腐蚀过后线虽然很细，但基本上没断，自己很是兴奋！
接下来就是安装焊接了。
因为知道电路板只有一个，而且线与线间隙又很小，所以我格外注意焊接。
我拿上学期课程设计留下来的板熟悉下焊接，发现一边放锡一边焊接很快就能焊好，对比以前我总是先上好锡再焊接更快更牢。
焊好后，我清干净电烙铁上的锡，然后去吸焊点上过多的焊，这样既美观又更加牢固，感觉跟上学期焊的就不是一个档次了。
这次实训，因为重视，我总是疲惫地往返于宿舍于实验室之间，流了许多的汗水，但设计了实用定时报警器出来，我收获了成功的喜悦。
九、参考文献
1、阎 石．数字电子技术基础（第五版）．高等教育出版社P298~305，P494~498
2、陈金西．数字电路实验与综合设计．厦门大学出版社P43~45,P165~168
3、李响初，阙爱仁，李喜初．实用电子控制线路200例．中国电力出版社P126~129
4、孙余凯，吴鸣山，项绮明．新型电子通用单元电路．电子工业出版社P250~252
5、丛书编委会．报警器、警示器应用电路集粹．机械工业出版社P46~58
6、张莲，蒋亮，孙玉林．ProtelDXP电路设计入门与应用．机械工业出版社P66~78
十、评分表
电子工程系数字电路课程设计评分表
项 目
评 价
设计方案的合理性与创造性
8
硬件制作完成情况
18
硬件制作调试结果
18
设计说明书质量、设计图纸质量
15
完成任务情况、独立工作能力
16
组织纪律性（出勤率）
10
综合评分
85
指导教师签名：
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