倒计时报警器安阳工学院.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流倒计时报警器安阳工学院.精品文档.成绩课程设计说明书题 目： 计数报警器电路设计 课程名称： 数字电子技术 学 院： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 王星 学 号： 201102010103 专业班级： 自动化2011级2班 指导教师： 郭汝静 2013年 06 月 07 日课 程 设 计 任 务 书设计题目计数报警器电路设计学生姓名王星所在学院电子信息与电气工程学院专业、年级、班自动化2011级2班设计要求：1、设计制作一个计数报警电路；2、计数最大为99时发出声光报警信号，报警时间长度为10秒，报警光信号用红色LED表示，声信号用蜂鸣

2、器来体现，当报警信号产生后，可以将电路复位，以重新计数；3、计数脉冲用按钮产生。学生应完成的任务：1、设计计数报警器的工作原理，并利用Multisim 9软件进行电路仿真；2、利用DXP 软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板；3、根据设计原理对电路进行安装、调试，完成课程设计工作；4、提交课程设计报告。参考文献：1 秦长海，张天鹏,翟亚芳. 数字电子技术（第一版）M北京：北京大学出版社，20122 邱关源，罗先觉. 电路（第五版）M北京：高等教育出版社，20063 谷树忠Altium Designer教程M北京：电子工业出版社，2010.4 童诗白模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社

3、，2005.工作计划：5月2728号电路设计与仿真；5月2930号Altium Designer设计原理图；5月30号6月3号Altium Designer设计PCB；6月4号制版；6月5号上午安装调试；6月56号上午书写课程设计报告；6月67号安装调试，上交课程设计报告。任务下达日期： 2013 年 5 月 27日任务完成日期： 2013 年 6 月 7日 指导教师（签名）： 学生（签名）：计数报警器摘 要：此次课程设计的是计数报警器，计数报警器的主要器件有十进制计数器74LS192、译码器74LS47、共阳极数码管、555组成的单稳态触发器等组成。设计方案为脉冲用按键产生，计数由74LS1

4、92来实现，数字显示部分用译码电路来实现，10秒定时由555定时器组成的单稳态触发器实现，实施方案时先设计原理图，之后电路仿真检验是否可行，可行之后制作PCB，最终安装调试，此电路实现了计数最大值是99，当计数最大数值时放出声光报警，报警时间为10秒，报警后电路复位重新计时的功能。关键词：555定时器；计数器；触发器；译码器；数码管目录1.设计背景11.1数字电路系统的定义及组成11.2时钟电路的作用及基本构成12.设计方案22.1任务分析22.2方案设计22.3 方案论证23.方案实施 23.1原理图设计33.2电路仿真43.3 PCB制作 53.4 安装与调试74.结果与结论75.收获与致

5、谢76.参考文献87.附件 98.清单 101. 设计背景1.1数字电路系统的定义及组成用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路。数字电路中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。随着科学技术的迅猛发展和社会的日新月异，数字电子信息技术这门科学在各行各业越来越得到广泛的应

6、用，特别是集成芯片的应运，促使现代电子产品向小体积多功能发展。这不仅节省了原材料，降低了产品成本，还减少了很多劳动力，所以很有必要学习好这门课程。1.2时钟电路的作用及基本构成时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。比如多路可编程控制器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。通过数字电子技术课程设计，使学生较系统地、全面地掌握数字电路系统的基本设

7、计方法，设计步骤，熟悉和掌电路参数的计算，电路元器件的选择与应用，学习数字电路原理图设计、PCB板设计和实物电路系统的制作、安装、调试、测试、故障查找和排除的方法和技巧，并在此基础上，逐步调试改进、完善电路的性能。学会积极地按照设计任务的要求，查阅并理解相关技术文献，能进行方案的论证比较，方案的具体实施。使学生较深入地了解与课程设计有关的知识，培养学生分析和解决实际的问题。2.设计方案2.1任务分析计数部分控制电路译码电路报警部分定时电路本设计为实现计数报警功能，技术报警器的计数脉冲用按键产生，需要一个按键脉冲电路；计数报警器能对输入脉冲计数，最大值为99，因此设计一个100进制的加法计数器；

8、当基数达到最大值时进行10秒的声光报警，因此设计一个定时电路；并且为了能够显示数字，需要设计一个显示译码电路。2.2方案设计此设计为实现计数报警器的功能，报警器的计数脉冲需用按键产生，运用十进制计数器74LS192实现100进制，译码部分运用74LS47N和共阳极数码管组成，555定时器组成单稳态触发器，能够产生10秒的定时，使计数报警器工作。2.3方案论证此方案中74LS192可以实现100进制的计数，需要两片74LS192来实现进位显示0099，数字的显示用译码器74LS47和共阳极数码管组成，脉冲信号用按键控制，555定时器可以实现10秒定时作用，声光报警部分用LED灯和蜂鸣器实现，所以

9、此方案正确。3. 方案实施3.1原理图设计定时报警部分的设计主要运用555定时器，LED灯和蜂鸣器组成，10秒报警可以调节555组成的单稳态定时器中的R2和C2调节，运用公式t=1.1RC来计算，R2、C2、C1与555定时器组成单稳态定时器，触发输入端UTR作为触发输入端，将VTD和R1构成的反相器输出电压UDIS接至阀值输入端UTH，并在阀值输入端UTH对地接入电容C1，如图3.1。 图3.1 电路的定时和报警部分100进制计数电路运用10进制74LS192来实现，A、B、C、D是并行输入端，起始状态是清零状态，所以ABCD输入端接地，LOAD是异步置数输入端，所以个位接高电平，十位需从个

10、位的进位脉冲输出端经过与非门实现高电平来计数，UP端为进位脉冲输入端，CLR为异步清零输入端，将两个CLK端串联，实现99时清零，从新计数，十位增加两个与非门实现消除竞争冒险现象，如图3.2。图3.2 100进制计数电路译码器显示部分是由74LS47译码器和共阳极数码管组成的，ABCD是输入端需要和74LS192的输出端相对应一一连接，三个控制端LT、BI/RBO和RBI， LT为灯测试输入端，BI/RBO为灭零输入和灭零输出端，RBI为灭零输入端，为使74LS47正常工作，此时三者都接高电平，数码管要想正常工作需要接一定的高电平，如图3.3。图3.3译码器显示部分3.2电路仿真在各单元电路设

11、计的基础上，用Multisim 9软件把各单元电路连接起来，画出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。系统整体电路设计完成后，对系统整体进行仿真，验证设计的正确性。进入仿真状态后，当按动脉冲开关时，数码管可以显示00至99之间的所有数值，当数码管显示99时，LED灯发光，并且持续亮10秒，所以电路的设计是正确的。如图3.4所示是电路仿真图。图3.4电路仿真图 3.3 PCB制作在验证原理图的正确之后，便可以制作PCB了；首先应当确定所使用数字元件都有正确的封装，如果没有封装的可以自己添加，如果封装库里没有，自己可以画出该数字元件的正确封装。然后使用Altium Designer 进行原理图向PCB

12、的正确导入；导入之后（如图3.5所示）便可以进行元器件的布局设计，以方便布线为原则；在合理布局之后（如图3.6所示），对整个PCB制作的规则进行合理的设置，如电源线和地线要求采用0.8mm，如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。信号线采用0.5mm。如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。焊盘的内径用0.9mm。外径根据需要进行修改，一般为X方向1.6 mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。 在进行布线时，使用手动布线，而不使用自动布线，手动布线时在保证跳线尽量少的情况下布局要美观大方，布线时要熟练掌握该软件得快捷键，这样可以使我们加快设计进程

13、，方便布线，像快捷键Tap、Shift+W、Space等等，在使用时非常方便，并且添加泪滴美化PCB，也增加钻孔不至于损坏以至于无法焊接。图3.5导入后的PCB 图3.6元器件布局图3.4 安装与调试PCB布线完成之后，可以制作电路板，制作电路板采用腐蚀工艺制作，用装有直径为1.0mm的转孔机对电路板的过孔进行打孔操作，然后用纱布对电路板镀铜的一面进行打磨，这样可以使电路板显得整洁美观，然后在镀铜的一面上涂上松香，这样可以防止铜被氧化，同时可以使焊接更加容易而且焊点美观。接下来，就是对元器件的焊接了；一般情况下在焊接时按照元器件由小到大进行焊接，焊接完成之后，按照PCB布线图上的布局，将芯片插

14、入到对应的插槽中，一定要注意不要将芯片插反，否则在接通电源后芯片将烧毁，检查一下线路是否有短路问题正确标出电源接口的正负极，然后就可以接通电源进行调试。接通电源后，先观察数码管是否可以复位（即数码管显示00），如果可以接下来就可以按动开关，产生脉冲信号，观察数码管是否可以正常计数，如果不正常就需要检查线路是否有接错的地方，或者检查原理图是否正确。4. 结果与结论在整个设计过程中总共分为四大部。第一步是原理图的制作（图7.2），第二步是PCB的布线（图3.6），第三步是电路板的制作与元器件的焊接，第四步是整个电路板的调试与之后的总结工作。本次设计的电路工作状态良好（如图7.1），所有芯片都能正常

15、工作，电路可以实现0到99之间的计数功能并且实现报警功能。本次设计的电路板总体上简洁美观，用最少的芯片实现了所需的功能。在第一次设计仿真电路时，会出现竞争冒险现象，然后加了几个与非门消除竞争冒险。虽然提醒着自己不能把器件安翻，但数码管最后还是安翻，以至于增加了工作量，使得电路板看起来没那么美观，所以焊接前一定要仔细检查。5. 收获与致谢这次时间为两个星期的课程设计试验提高了我的动手能力，也增加了和同学间的相互合作精神。在这次任务下达后我就在思考选择哪个课题呢，选定后，就在思考怎样才能设计出一个正确的原理图，这个很重要，也是所有工作的基础，如果要完成原理图设计工作，这就要求我们有足够的理论知识，

16、在不懂的地方需要到查阅书籍培养自己的动手能力，自己没法解决时，郭汝静老师给了仔细的解答，郭老师在这次设计中给了很多帮助；原理图的设计是理论与实践的交叉点，此时更加记牢了课本上的知识，原理图设计好之后，我们可以利用仿真软件进行仿真，这样便可以验证我们设计的正确性；接下来就需要将原理图导入到PCB中，进行一项比较复杂的工作，就是布线了。在我一个新手看来布线是这次设计中比较复杂的，因为布线好像没有规律可寻，而且之前也没有怎么布过线，所以这次布线是最难以为我的一件事了，为了使布线显得美观一些，并且尽可能的减少跳线，总共布了八次，每一次都有进步，每一次都可以减少跳线的数量，最重要的是在布线的过程中我学会

17、了和同学交流同时积累了经验并且熟练地掌握了软件的基本使用方法和一些快捷键的用途。当电路板做好之后，就是焊接元器件了，这个来说是比较轻松的了，在自己设计的板子上焊接元器件有一种不一样的感觉，我特别享受这份成功感觉。最终在我们小组的共同努力下板子最终做好了，接通电源后可以很正常的工作，此时内心多么的舒畅，两周终于把设计完美的完成了。这次课程设计增强了我的独立思考、解决问题和团结合作的能力，尤其是解决问题的能力。最终这次课程设计要特别感谢郭汝静老师的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，在此我表示深深的感谢！6. 参考文献1 秦长海，张天鹏，翟亚芳数字电子技术（第一版）M北京：北京大学出版社，2

18、012 2 邱关源，罗先觉电路（第五版）M北京：高等教育出版社，20063 谷树忠Altium Designer教程M北京：电子工业出版社，2010.4 童诗白模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2005.7. 附件图7.1 实物图图7.2 原理图8清单8.1 元器件清单器件数量和规格74LS1922片74LS472片74LS001片555定时器1片电阻1K欧1个 500欧1个电容100uF1个 1uF1个共阳极数码管2个发光二极管1个蜂鸣器1个导线若干指导教师评语：课程设计报告成绩： ，占总成绩比例： 40 课程设计其它环节成绩：环节名称： 原理设计 ，成绩： ，占总成绩比例： 20 环节名称： PCB设计 ，成绩： ，占总成绩比例： 20 环节名称： 安装调试 ，成绩： ，占总成绩比例： 20 总 成 绩： 指导教师签字：年 月 日本次课程设计负责人意见：负责人签字：年 月 日