计数报警器数电课程设计报告

课程设计说明书

课程名称：数字电子技术

设计题目：计数报警器

院系：电子信息与电气工程学院

学生姓名：X X X

学号：************

专业班级：电子信息工程（一）班

指导教师：XXX、XXX、XXX

2011年5月30日

课程设计任务书

计数报警器

摘要：用74LS192N实现电路的计数功能，在数码管显示方面则有74LS192N 及74LS247N来实现数码管的计数显示。其中，74LS192N的预置数从低到高依次接0000（对应的十进制数为0），其UP端接高电平实现加计数。计数达到最大值时使用分频器发出声音同时红色LED灯发出光报警信号，报警时间长度用555计时器来实现为10秒，要注意的是74LS247N和数码管是共阳极的。

关键词：555计时器；计数；共阳极；芯片；预置数。

目录

1.设计背景 (1)

1.1了解数字电路系统的定义及组成 (1)

1.2掌握时钟电路的作用及基本构成 (1)

2.设计方案 (1)

2.1任务分析 (1)

2.2方案论证 (1)

3.方案实施 (2)

3.1原理图设计 (2)

3.2电路仿真 (3)

3.3 PCB制作 (3)

4.结果与结论 (4)

4.1设计出的原理图 (4)

5.收获与致谢 (5)

6.参考文献 (5)

7.附件 (5)

7.1电路原理图 (5)

7.2 PCB布线图 (6)

7.3元器件清单 (7)

1. 设计背景

1.1了解数字电路系统的定义及组成

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电路。比如数字频率计中，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质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。

1.2掌握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。

2. 设计方案

2.1任务分析

本设计为实现计数报警功能，首先可以用脉冲开关实现计数脉冲的产生；其次可以用74LS192N计数器和 74LS247N译码器实现计数和数字的显示，最后用分频器和红色LED灯实现声光报警，为了让红LED灯持续亮10秒，可以使用555定时器实现；总的来说电路有两部分组成，一部分是计数译码部分，另一部分是声光报警部分。

2.2方案论证

计数电路用74LS192N实现，译码电路用74LS247实现，数字的显示用数码管是实现，声光报警功能用分频器和LED灯实现，持续10秒的亮灯时间用555计时器实现。总之这个方案在理论上是完全可行的。

3. 方案实施

3.1原理图设计

选择本设计需要用的数字器件，如74LS192N计数器芯片，74LS247芯片，555计时器，数码管等数字器件；应用Altium Designer软件绘制各单元的逻辑电路图，在画图

的时候我们要知道所有数字元器件各个引脚的功能，这样我们才能正确接线。电路的定时和报警部分如图1所示。

图1 电路的声光报警部分原理图

3.2电路仿真

在各单元电路设计的基础上，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2所示的部分仿真图。

图2 部分电路仿真图

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的正确导入；导入之后（如图3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4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或是

图3 导入之后的PCB

图4 元器件布局图

0.6mm,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0.8mm或0.85mm。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，我们使用手动布线，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，布线时我们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，方便我们布线，像快捷键Tap、Shift+W、Space等等，在使用时非常方便。

3.4 安装与调试

PCB布线完成之后，可以制作电路板，制作电路板我们采用腐蚀工艺制作，用装有直径为0.8mm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我们按照元器件由小到大进行焊接，焊接完成之后就可以接通电源进行调试。

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，第二步是PCB的布线，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，所有芯片都能正常工作，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。但是两个显示数码管间距有点大，显示的两位数虽然可以读出，但是美感不足，电路板的正面有很多闲余的地方，元件的密度不是很大；最重要的缺点是我们设计板子在接通电源时不能正常复位到00，但是在仿真的时候确是可以复位到00，由此可以看出理论与实际还是有差别的。

5. 收获与致谢

这次时间为两个星期的课程设计试验大大培养了我的动手能力和同学间的相互合作精神。从一开始我看到自己选定的题目，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储备，这个功夫就在平时了；原理图的设计是理论与实践的交叉点，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，全部靠自己的经验，所以我为了能够使自己布线布得美观大方，我总共重做了六次，每一次都有进步，