数电课设报警器.

目录
1、设计任务书 (3)
1.1设计题目 (3)
1.2设计目的 (3)
1.3基本要求 (3)
2、运行方框图 (4)
3、设计思路 (5)
4、各部分电路介绍 (6)
4.1秒信号产生电路 (6)
4.1.1秒信号电路图 (6)
4.1.2参数计算 (6)
4.1.3工作原理 (6)
4.1.4输出波形 (6)
4.2秒计数电路 (8)
4.2.1分计数电路图 (8)
4.2.2工作原理 (8)
4.2.3输出波形 (8)
4.3分计数电路 (9)
4.3.1分计数电路图 (9)
4.3.2工作原理 (9)
4.3.3输出波形 (9)
4.4小时计数电路 (9)
4.4.1小时计数电路图 (9)
4.4.2工作原理 (10)
4.4.3输出波形 (10)
4.5震荡电路 (10)
4.5.1振荡电路图 (10)
4.5.2工作原理 (10)
4.5.2输出波形 (10)
4.6显示电路 (11)
4.6.1显示电路图 (11)
4.6.2工作原理 (11)
4.7比较电路 (12)
4.7.1比较电路图 (12)
4.7.2工作原理 (12)
5、工作过程分析 (13)
6、元器件清单 (14)
7、主要元器件介绍 (15)
7.1 集成计数器74LS161 (15)
7.2集成数值比较器74LS85 (15)
7.3 555定时器 (16)
7.3.1主要功能 (17)
7.3.2各引脚功能 (17)
8、总结 (18)
9、致谢 (19)
10、参考文献 (20)
附录1：逻辑电路图 (21)
附录2：印刷电路板图 (22)
1、设计任务书
1.1设计题目
可预置时间的报警系统
1.2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。

1.3基本要求
（1）某电台22时30分停止播音（发光二极管代替），第二早6时30分开机准备播音，要求早
晨无人时自动启动机组播音（扬声器替）；
（2）晶体振荡电路及分频电路；
2、运行方框图
3、设计思路
本次数电课程设计我的设计题目是“可预置时间的报警系统”，在这个报警系统中包含了由555定时器组成的脉冲触发器，分频电路（一个16分频电路和两个10分频电路级联组成），计数电路（两个60进制计数电路和一个24进制计数电路组成），比较电路，显示电路（一个分显示电路和一个小时显示电路），振荡器等几部分组成。

首先，我让脉冲触发器发出一个高频电路，然后经过分频器长生一个秒信号，然后再用一个60（由两个74LS160芯片级联而成）进制计数电路使其产生一个分脉冲，再把这个脉冲加给下一个60进制计数电路产生一个时脉冲，再把这个时脉冲送给一个24进制计数电路完成24小时产生电路。

这样通过比较电路把六点三十分钟和二十二点三十分钟的的信号通过比较电路分别加给报警电路。

我设计的高频脉冲触发器是由555计数器和R1、R2及电容C组成的1600Hz 高频触发器，然后用一个16分频分频器和两个10分频分频器级联成一个1600分频分频器产生一个秒信号。

以上是我设计的主电路，至于报警电路是由555计数器组成的多谐振荡器驱动电路来驱动扬声器发声和发光二极管发光。

以上便是我设计的全部电路。

4、各部分电路介绍
4.1秒信号产生电路
4.1.1秒信号电路图
图1 秒信号产生电路图
4.1.2参数计算
根据T=0.7(R1+2R2)C 所以f=1/[0.7(R1+2R2)C]
f=1/[0.7*(1000+2800)*220e-12]=1600Hz 所以我设计的高频触发器为1600Hz 4.1.3工作原理
由触发器发出的1600Hz 的高频信号经过一个16分频的分频电路，由输出端输出一个100Hz 的信号，然后再经过一个10 分频的分频电路，由输出端输出一个10Hz 的信号，再经过下一个10 分频的分频电路，这样输出端就会输出一个1Hz 的信号，再由输出端送给下面的计数电路。

4.1.4输出波形
图2 分频总波形
图3 1600Hz信号波形
图4 第一次分频波形
图5第二次分频波形
图6 第三次分频信号
4.2秒计数电路
4.2.1分计数电路图
图7 秒计数电路图
4.2.2工作原理
由前面产生的秒信号加给此计数电路，u6满十产生一个脉冲送给u7，u7满60后，输出一个脉冲，经过一个与非门电路使其置零，这样就产生一个60进制的计数器，计数60秒后就产生一个脉冲送给下面的计数电路。

4.2.3输出波形
图8 秒计数电路输出波形
4.3分计数电路
4.3.1分计数电路图
74LS160D
图9 分计数电路图
4.3.2工作原理
由前面产生的分信号加给此计数电路，u3满十产生一个脉冲送给u4，u4满6后，输出一个脉冲，经过一个与非门电路使其置零，这样就产生一个60进制的计数器，计数60分钟后就产生一个脉冲送给下面的计数电路。

4.3.3输出波形
图10 分计数电路输出波形
4.4小时计数电路
4.4.1小时计数电路图
VCC
图11 小时计数电路图
4.4.2工作原理
这和电路是一个24小时计数电路，采用两个74LS160计数器进行级联，当U1满10就向U2输入一个脉冲，当U2满2后，U2的Qb再与U1的Qc通过一个与非门电路分别送给U2与U2的清零端，使其清零重新计数。

这样就实现了一个24小时计数电路。

4.4.3输出波形
图12 24小时计数电路输出波形
4.5震荡电路
4.5.1振荡电路图
10V
图13 振荡电路图
4.5.2工作原理
此电路是我设计的振荡电路，两个100pF的电容和一个50千欧姆的电阻与一个555定时器组成，当前面电路从rst端输入给该电路一个信号时（如当定时到六点三分时）该电路就开始起震，驱动扬声器发声或者发光二极管发光。

这就是该电路的工作原理。

4.5.2输出波形
（以扬声器振荡电路为例，六点三十扬声器发声）
图13 振荡电路开始起震图14 震荡电路结束震荡
图15 多谐振荡器波形
4.6显示电路
4.6.1显示电路图
图15 显示电路图
4.6.2工作原理
此电路为60分计数的显示电路，从00到59之间计数，然后进行清零，重新计数。

显示电路又从00开始显示一直到59。

4.7比较电路
4.7.1比较电路图
图16 比较电路图
4.7.2工作原理
该电路为比较电路，该芯片的A0~A3分别接计数电路的QA~QD，B0~B3为设定值得端口，当输入到A端口的值等于设定值时，则有OAEQB输出一个高电平脉冲，送给振荡电路，使震荡电路起震。

5、工作过程分析
我设计的这个可预置时间的报警系统，首先是用555定时器和一个1000
欧姆的电阻，一个1400欧姆的电阻及两个220nF的电容组成的多谐振荡器，其输出频率为1600Hz，然后我通过用一个74LS161计数器和两个74LS160计数器进行级联，组成了一个由一个16分频的分频电路和两个10分频的分频电路的1600分频的分频电路。

这样分频电路就会把1600Hz的信号变成1Hz的信号，这样就产生了一个秒信号。

秒信号输入给下一个电路，该电路是有两个74LS160级联而成的60进制的计数器，秒信号输入后，通过该电路就会产生一个分信号，再送给下一个电路。

下一个电路也是由两个74LS160芯片级联而成的60进制计数电路。

分信号通过该电路就会产生一个小时信号。

该电路的两个74LS160芯片的QA~QD
分别接上显示器，让整个电路实现分钟的计数与现实。

小时信号则由输出端输出，输入给下一个电路。

再下一个电路则是由两个74LS160芯片级联而成的24进制计数电路，小时信号输入进来，完成24小时记时。

该电路同样由两个74LS160芯片的QA~QD 端分别接到显示器上进行24小时的记时与显示。

当计数电路计数到题目要求时刻，输入到比较电路中，与比较电路的设定值进行比较，当两时刻相同时，则输出信号。

报警系统则是由555计数器和电阻及电容组成的震荡电路。

当比较电路的的设定值为六点三十分时，同时该计数电路也记时到六十三十分时，就输出一个脉冲，震荡电路接收到该脉冲后开始起震，驱动扬声器发声。

同样当计数器记时到二十二点三十分时，比较电路的设定值也为二十二点三十分时，输出一个脉冲，另一个震荡电路起震，驱动发光二极管发光。

以上便是我设计的报警系统的整个工作过程。

实现了预置时间和报警功能。

6、元器件清单
7、主要元器件介绍
7.1 集成计数器74LS161
U1
74LS161D
QA 14QB 13QC 12QD 11RCO
15
A 3
B 4
C 5
D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK
2
图17 74LS161
74161是4位二进制同步加计数器，具有如下功能
1.异步清零
2.同步并行预置数
3. 保持
4. 计数
74LS161是4位二进制同步加计数器，引脚图中，CP 为时钟信号输入端，上升沿其效。

RD 为异步清零端，LD 是预置数控制端，A 、B 、C 、D 是预置数据输入端，EP 和ET 是计数器使能（控制）端，RCO （=ET ·QA ·QB ·QC ·QD ）是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。

其中所谓异步清零指的是RD 为0时不管其他输入端的状态如何，包括时钟信号CP ，计数器输出将被直接置零，而同步置数指的是LD 端为O 后还需要有可用的时钟信号CP 才可以进行置数工作。

7.2集成数值比较器 74LS85
U2
74LS85D
A213B214A112B111OAGTB 5A010B09A315B31OAEQB 6OALTB
7
AEQB 3ALTB
2
AGTB 4
图18 74LS85四位比较器
集成数值比较器74LS85是4位数值比较器。

其中A 和B 是两个低位数，IA>B ， IA<B 和 IA=B 是它们的比较结果。

设置低位数比较结果输入端是为了能与其他数值比较器连接，以便组成位数更多的数值比较器。

表7.2 4位数值比较器74LS85功能表
7.3 555定时器
VCC OUT
U3
555_TIMER_RATED
GND
DIS RST THR CON
TRI
图19 555计数器
表7.3 555计数器功能表
7.3.1主要功能
555定时器既有定时精度高、工作速度快、可靠性好、电源电压范围宽（3~18V）、输出电流大（可高达200mA）等优点，可组成各种波形的脉冲振荡电路、定时延时电路、
检测电路、电源变换、频率变换电路等，被广泛应用于自动控制、测量、通信等各个领域。

定时器有双极型和CMOS两种类型的产品，它们的结构及工作原理基本相同，没有本质区别。

一般来说，双极性定时器的驱动性比较强。

而COMS定时器具有功耗低、输入阻抗高等优点。

7.3.2各引脚功能
1脚：外接电源负端V SS或接地，一般情况下接地。

2脚：T L低触发端。

3脚：输出端Vo。

4脚：D
R是直接清零端。

当D
R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论T L、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：V C为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入
干扰。

6脚：TH高触发端。

7脚：放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源V CC，双极型时基电路V CC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路V CC的范围为3 ~ 18V。

一般用5V。

8、总结
时光飞逝,眨眼间,一周课程设计就结束了.回想一下,这周的收获很多.首先,让我了解了设计电路的程序，以及定时器的原理与设计。

同时在画图设计上，让我了解到很多画图方面的技巧，并且使我对所用元件的各个引脚的功能有更深入的了解，巩固了数字电子的书面知识，发现了以往在学习中忽视的东西，明白了在实际的设计工作中只有书面知识是不足的，只有在自己的实践中才能发现问题并解决问题，从而不再犯眼高手低的错误。

本次实习是我到目前为止最头疼也是收获最大的一次实习。

我是学电的，设计是我们将来必需的技能，这次实习恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。

同时在这次课程设计中遇到了许多问题,在一开始的时候,碰到的首要问题就是对所要求的内容无从下手.都怪自己平时不好好的学习,没有掌握好基本知识,好在自己在下午的时候,去了图书馆及时的查找
资料,顺利的完成了任务.在节下来的几天时间了,自己兢兢业业,一丝不苟,积极的团结同学,每天都按时的完成任务.
留给我印象最深的就是，要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。

在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如CP脉冲的供给通断，分频器的功能等等。

我们组的成员都是比较团结的，我们一起一共设计了两套方案，在多种方案中来选择自己合适方案，把自己的原理图先用铅笔画在图纸上，在老师耐心的批改和讲解下，使我们的电路更加完善。

通过这次对定时器的设计，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于定时器的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。

但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。

而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。

所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会理解。

还有,曲老师的敬业精神,以及工作是一丝不苟的态度,深深感动了我。

同学之间的默契配合,体会到良好的团结协作的重要性,也培养了独立完成任务的能力.为我在以后步入社会积累了很好的经验。

我会继续努力学习,坚持理论于实际相结合,更好的把知识用于实际中,我认为这次实习对我个人来说是很成功的,我会很怀念这一周的.
9、致谢
首先感谢课程设计指导老师曲老师，把我们带入门，经过她认真细致的讲解，我们从不懂到略微了解集成电路有了质的飞跃。

此外，她一直耐心的帮我们设计的的电路图进行修改，帮解答在设计过程中遇到的各种疑难问题，使我们能更好的了解电子设计的方法步骤，让我们可以少走许多弯路，节省了宝贵的期末复习时间。

其次要感谢本次设计中本组的组员同学，能够及时指出我在设计电路过程中出现的问题，并且一起讨论更好的解决方法，不仅获得了宝贵的知识也节省了很多时间。

在我遇到难题的时候细心的为我寻找答案，通知我每天下达的新任务帮助我一起完成，团体的合作力量是最强大的，它可以集思广益寻找最好的方法。

与此同时，我还要感谢我们班所有帮助过我的同学，虽然自己遇到困难时有些怠慢，但在同学的鼓励下，我还是坚持下来了，也许没有那些同学的鼓励，我真的会放弃这次设计，更不可能使我的仿真结果得到很好地发挥！
再次向曲延华老师致谢，感谢在这一周的数字电子课设期间给我的大力帮助和辅导。

10、参考文献
[1] 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2008
[2] 赵负图. 数字逻辑集成电路手册. 北京：化学工业出版社，2005
[3] 尹雪飞. 集成电路速成大全. 西安：西安电子科技大学出版社，2002
[4] 施齐云.数字电路实验与课程设计.哈尔滨.哈尔滨工程大学出版社.2001
[5]张启元.集成电路计数器原理.北京：化学工业出版社，1995
附录1：逻辑电路图
图20 接线图
附录2：印刷电路板图
图21 印刷电路板图。