8路数显报警器

第1章设计任务与要求
1.1设计课题
8路数显报警器
1.2设计要求
1、设计并安装一个8路数现报警器，当8路中某一路断开时，显示该路
编码，并发出音响。

2、显示报警编码用一位LED显示器显示。

3、报警存在优先级，在两个或两个以上报警条件符合时，只显示高优先
级的编码。

4、报警时间持续1分钟或人为解除报警。

5、通电调试。

第2章总体方案的设计
2.1 设计方案比较
由题目可以看出需要设计这样实现数码显示和声音报警，根据“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”这两门课中所学过的知识，可以提出下列方案。

2.1.1方案1：用８９Ｃ２０５１制作八路断线数显报警器，８９Ｃ２０５１的Ｐ３口驱动ＬＥＤ共阳数码管；Ｐ３．０和Ｐ３．２口接由电阻和二极管构成的与门，部分显示信号经与门送三极管Ｑ的基极，有显示信号输出时，三极管导通，蜂鸣器发报警声。

８９Ｃ２０５１的Ｐ１口除Ｐ１．０和Ｐ１．１片内没有提供上拉电阻以外，其余均有上拉电阻，因此Ｐ１口作输入时，可以外接８只上拉电阻，也可以在Ｐ１．０、Ｐ１．１口各接一只上拉电阻，然后从电源负极引一根公用线，输入口的８根线分别接在公用线上，使８个输入端均为低电位。

接通电源后，ＬＥＤ发光，指示电源已打开。

８９Ｃ２０５１上电复位后，依次检测Ｐ１．０～Ｐ１．７是否为高电位，即判断是否有断线。

一旦检测到某输入口为高电位，就从Ｐ３口输出相应的闪动字符信号，数码管每隔一秒显示一次字符。

例如：第１路断线，那么Ｐ１．０为高电位，经检测判断，从Ｐ３口输出闪动“１”的信号，数码管每隔一秒显示一次１，蜂鸣器每隔一秒报警一次。

如果出现多路断线的情况，Ｐ３口依次输出相对应的几路的闪动字符信号，由数码管每隔一秒显示一个字符，依次显示，报警声每隔一秒响一次，值班人员很快就能知道哪里有断电发生，并及时去处理。

2.1.2 方案2：如下图2.1.2示：其中总开关起控制总电源的作用，八个控制开关分别为八个按钮，经过编码翻译，由译码器译出编码器的编码，从而在显示器显示数字。

而编码器再连接555振荡电路，再与报警器相连，实现声音报警。

图2.1
2.1.3 方案总结
上述两个方案都具有八路数显指示和声音报警功能，但方案1需要应用单片机元件，电路比较复杂，且元件比较昂贵，所以不符合选材的原则。

在方案2里在4068输出接口上连接555振荡电路，再与报警器相连，实现声音报警。

这种方法简单且可行，容易实现8路报警器的功能。

所以应采用方案2。

2.2 系统的总设计框图
2.2.1设计框图的介绍
系统的总的设计框图如图2.2所示。

图中很清楚的说明通过开关的控制产生低电平输入到编码器74LS474再输入到译码器74LS48就点亮LED七段数显。

而开关的控制也引起4068输出再输入到555的2脚，3脚输出高电平就使得蜂鸣器发出声音！
图2.2
2.2.2 设计框图的工作流程
接通电源后，分别按下开关，就有低电平输出到编码器和与非门，编码器就出入到译码器，再输入到数码显示器；与非门则输入到555引起报警。

第3章各芯片介绍
3.1 555芯片介绍
3.1.1 555芯片引脚
如图3-1所示
图3-1 555芯片
1): 1脚是接地端；
2): 2脚和6脚是信号的输入端；
3): 3脚是555定时器的输出端，输出的波形是矩形波；
5): 5脚是控制端，常对地接一个0.01uF的滤波电容；
6): 7脚是放电端，也是控制波形的周期；
7): 8脚是Vcc端。

3.1.2 555定时器的功能
输入输出
R Uo V状态u11u12
D
××0 0 导通>2VCC/3 >VCC/3 1 0 导通<2VCC/3 >VCC/3 1 1 截止<2VCC/3 >VCC/3 1 不变不变
设TH 和TR 端的输入电压分别为u11和u12，5G555定时器的工作情况如下： 当u 11> U R1、u 12> U R2时，比较器C 1和C 2的输出u c1=0、u c2=1，基本RS 触发器被置0，Q=0、Q =1，输出Uo=0，同时V 导通。

当u 11<U R1、u 12< U R2时，两个比较器输出u c1=1、u c2=0，基本RS 触发器被置1，Q=1、Q =0，输出Uo=1，同时V 导通。

当u 11<U R1、u 12>U R2时，u c1=1、u c2=1，基本RS 触发器置保持原状态不变。

综上所述，5G555定时器的功能如表3-1所示。

3.2 74LS48芯片的介绍
3.2.1 74LS48芯片引脚图
74LS48被称为集成显示译码器，用来驱动各种显示器件，从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观地显示出来的电路，称为显示译码器，其引脚图如图3-2所示。

七段显示译码器74LS48功能表如表3-2所示。

1): 3、4、5是信号的控制端；
2): A 、B 、C 、D 分别是译码器的输入端，它于74LS90的A Q 、B Q 、C Q 、D Q 端相连接；
3):a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 是译码器的输出端，它于锁存器相连；
图3-2 74LS48芯片
3.2.2 74LS48功能表
七段显示译码器74LS48功能表如表3-2所示。

LT——测试灯输入端。

LT=0（低电平有效）且BI=1时，Ya-Yg输出均为1，显示器七段应全亮，否则说明显示器件有故障。

正常译码显示时，LT应处于高电平，即LT=1。

RBO
BI/——双重功能端。

此端可作为输入信号端又可以作为输出信号端。

作为输入端时是熄灭信号输入端BI，利用BI端可按照需要控制数码管显示或不
显示。

当BI=0时（低电平有效），无论A
3A
2
A
1
A
状态如何，Ya-Yg均为0，数码
管不显示。

当该端作为输出端时是灭零输出端RBO，当RBI=0，且A
3A
2
A
1
A
=0000
时，RBO=0。

RBI——灭零输入端。

该端的作用是将数码管显示的数字O熄灭。

当RBI=0
（低电平有效）、1
LT且A
3A
2
A
1
A
=0000时，Ya-Yg均输出0，数码管不显示。

3.3 74LS147芯片介绍
3.3.1 74LS147芯片引脚图
该实验中我们采用74LS147优先编码器。

1）8、16脚接电源；
2)11、12、13、1、2、3、4、5、10脚分别对应输入I1~I9；
3)9、7、6、14分别对应输出Y0`Y3
图3-3 74LS147的引脚排列
3.3.274LS147芯片功能表
表3-3
输入输出
I9 I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 /Y3 /Y2 /Y1 /Y0
0 X X X X X X X X X 0 1 1 0
1 0 X X X X X X X X 0 1 1 1 1 1 0 X X X X X X X 1 0 0 0 1 1 1 0 X X X X X X 1 0 0 1 1 1 1 1 0 X X X X X 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 X X X X 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 X X X 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 X X 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 X 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1
3.4 LED显示器
3.4.1 LED 显示器引脚图
通常所说的LED显示器如图3-4所示，由7个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器。

图3-4-1 LED显示器
此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管(在图中以dp表示)，用于显示小数点。

通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。

1): a、b、c、d、e、f、g、dp是数码管的输入端；
2): 9脚是接高电平，因为是共阳数码管。

3.4.2 LED功能表
七段发光二极管，再加上一个数点位，共计八段。

因此提供给LED显示器的字形代码正好一个字节。

各代码位的对应关系如表3-5：
表3-4 代码对应关系
代码位1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 显示段 a b c d e f g dp
图3-4-2
第4章各单元电路的设计
4.1优先编码-译码-显示电路
4.1.1优先编码-译码-显示电路的结构框图
图4.1
4.1.2 优先编码-译码-显示电路的工作原理
总开关的改变把产生低电平，输入到编码电路；经过编码74LS147的编码后，输入到译码电路；再经过译码74LS48的译码后，输入到LED数字显示器，从而显示数字.
4.1.3 优先编码-译码-显示电路图
我们用8个双刀单砸开关输入到74LS147编码，再经过非门74LS04，输入到74LS48译码，再输入到LED显示！如图4.1所示
R 1构成，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T 导通，输出端F 输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号经C 1加到2端。

并使2端电位瞬时低于CC V 3
1，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂态过程，电容C 开始充电，V C 按指数规律增长。

当V C 充电到CC V 3
2
时，高电平比较器动作，比较器A 1 翻转，输出V 0 从高电平返回低电平，放电开关管T 重新导通，电容C 上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态，为下个触发脉冲的来到作好准备。

暂稳态的持续时间t w （即为延时时间）决定于外接元件R 、C 值的大小。

t w ＝1.1RC
通过改变R 、C 的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。

当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。

此外尚须用一个续流二极管与继电器线
圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。

图4.2.2定时电路的仿真2
第5章电路仿真
经过各单元电路的设计以后，原理图基本上己经完整了，现在对电路图进行仿真调试，本仿真是在pretous软件上仿真，分别是没有断路，有一路断路，多路断路的情况。

R1 0R1 R2 0R1 R3 0R1 R4 0R1 R5 0R1 R6 0R1 R7 0R1 R8 0R1SW1
SW-SPDT
SW2
SW-SPDT
SW3
SW-SPDT
SW4
SW-SPDT
SW5
SW-SPDT
SW6
SW-SPDT
SW7
SW-SPDT
SW8
SW-SPDT
1
11
2
12
3
13
4
1
5
2
6
3
7
4
8
5
9
10
Q0
9
Q1
7
Q2
6
Q3
14
U1
74LS147
12
U2:A
74LS04
34
U2:B
74LS04
56
U2:C
74LS04
1312
U2:D
74LS04
A
7
QA
13
B
1
QB
12
C
2
QC
11
D
6
QD
10
BI/RBO
4
QE
9
RBI
5
QF
15
LT
3
QG
14
U3
74LS48
2
3
4
5
9
10
11
12
13
U4
4068
R
4
DC
7
Q
3
G
N
D
1
V
C
C
8
TR
2
TH
6
CV
5
U5
555
LS1
SPEAKER
C1
100uF
C2
0.01uF
R9
600k
SW9
SW-SPDT
1110
U2:E
74LS04
图5.1.1 没有断路的情况
图5.1.2 有第4路断路的情况
图5.1.3 8路断路优先的情况
第6章安装与调试
6.1 调试前的检查
电子安装完毕,通常不急于通电,先要认真检查一下。

检查内容包括:
6.1.1.连线是否正确
(1)检测的方法通常有两种:
这种方法的特点是,根据电路图连线,按一定顺序一一检查安装好的线路,由此,可比较容易查出错线和少线.
(2)按照实际线路图来对照原理图电路进行检查:
这是一种以元件为中心进行查线的方法.把每个元件引脚的连线一次查清,检查每个去处在电路图上是否存在,这种方法不但可以查出错线和少线,还容易查出多线.
为了防止出错,对于已查出的线路通常应在电路图哂纳感做出标记,最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或是用万用表的“二极管挡”的蜂鸣器来测量元器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。

6.1.2.元器件的安装情况
检查元器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管的极性和集成元件的引脚是否连接有误。

6.1.3.电源供电，信号源连接是否正确。

6.1.4.电源端对地是否有短路现象。

注：在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地是否存在短路。

若电路经过上述检查，并确认无误后，就可以转入调试。

6.2 通电观察
把经过准确测量的电源接入电路。

观察发现若将其中K1--K8之间任何一段开关断开，则LED显示器显示其编码，如：我们将K5断开，显示器马上显示数字5，并发出蜂鸣报警持续一分钟。

再将其他的开关如上测试，发现结果和要求一致。

6.3 调试中的注意事项
调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。

为了保证调试的效果，必须减小测量误差，提高测量精度。

为此，需注意以下几点：（1）正确使用测量仪器的接地端
凡是使用低端接机壳的电子仪器进行测量，仪器的接地端应该和放入器的接地端接在一起，否则仪器机壳引入干扰不仅会使放大器的工作状态发生变化，而且将使测量结果出现误差。

根据这一原则，调试发射偏置电路时，若需要测量Ｖce，不仅把仪器的两端直接接在集电极和发射极上，而应分别对地测出Ｖc，Ｖe然后将二者相减得Ｖce。

若使用干电池供电的万用表进行测量，由于电表的两个输入端是浮动的，所以允许直接跨接到测量点之间。

测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。

因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流，给测量结果带来很大的误差。

（２）正确选择测量点
用同一台测量仪进行测量时，测量点不同，仪器内阻引进的误差大小将不同。

（３）测量方法要方便可行
需要测量电路的电流时，一般尽可能测电压而不测电流，因为测电压不必改动被测电路，测量方便。

若需知道某一支路的电流值，可以通过测取该支路上电阻两端的电压，经过换算而得到。

总结与心得
随着世纪的更迭的脚步, 忙碌了近一学期的课程设计也渐渐拉下帷幕。

一段时间忙碌的身影和奔波的脚步之后，使我在这个过程中体会到了什么是苦,什么是累,什么是开心，什么是快乐。

忙碌之后看到属于自己的这份课程设计，心中也体会到了成功之后的那份喜悦和安慰,也使我在这一段时间留下了一份美好的回忆！
课程设计，对于我们大二的同学们来说并不是一个陌生的名词了。

在老师给定课题的那一刻,我虽然不知道怎么去做，但我默默的下定了决心，一定要努力做好一份属于自己的课程设计。

在我选定课题后的一段时间里，为了更完美的做好设计流程以及参数的选择，我就开始了收集关于8路数显报警器课题的资料，在充分准备好资料以后，就开始了课题的设计。

虽有了准备，但还是不知道怎么开始，怎样设计和排版。

为了更好理清思绪，又在图书馆徘徊。

几天的准备后一
步一步的尝试着设计。

工夫不负有心人，几天后总算基本完成了设计课题。

在这次课程设计完毕之后，我体会颇多。

从根本上使我真正认识到了做好一份课程设计并不是一件容易的事情。

它不仅需要熟悉并掌握教材内容还要有很好的创新思维和动手能力。

在这次设计的过程中，让我学会了以前没有好好掌握的一些软件。

例如：PROTEL99， EWB，等软件的熟练操作和使用。

在这次课程设计中我体会最深的是：理论和实践有着很大一部分的差距，实践是建立在理论的基础上的，没有理论的支撑实践就会没有方向，不知道从何下手。

在设计的过程中，虽然碰到和很多困难和阻碍，但我始终坚信只要有坚定不移的信念，什么困难和挫折都将灰飞烟灭。

我相信：只要我们有敢于和困难挑战，敢于对新事物的尝试，我们的明天一定会更加灿烂，更加美好。

参考文献
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[6] 胡宴如,耿苏燕.模拟电子技术(Ⅲ).北京: 高等教育出版社,2005.
【附录1】：元件清单。