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

目录

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

实验人员控制开关

报警电路

秒脉冲产生电路 定时电路

控制电路

显示电路

译码电路

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）≈144.9K Ω，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10K C1

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Protel DXP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。

Protel DXP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．Protel DXP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：________________

日期：________________