可预置定时报警电路的设计
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课程设计
(说明书)
可预置定时报警电路的设计
班级 / 学号
学生姓名
指导教师
课程设计任务书
课程名称数字逻辑课程设计
课程设计题目可预置定时报警电路的设计
课程设计的内容及要求:
一、设计说明与技术指标
设计一个可预置定时显示报警的系统,技术指标如下:
①可预置时间,设置的时间范围为0-99秒;
②具有时间显示功能;
③定时时间到了,显示器显示为00,同时进行报警;
④开关可控制计时器启动、清零、暂停、继续计时、设置时间的功能。
二、设计要求
1.在选择器件时,应考虑成本。
2.根据技术指标,通过分析计算确定电路和元器件参数。
3.画出电路原理图(元器件标准化,电路图规范化)。
三、实验要求
1.根据技术指标制定实验方案;验证所设计的电路,用软件仿真。
2.进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1. 童诗白,华成英主编.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2006年
五、按照要求撰写课程设计报告
成绩指导教师日期
一、概述
随着信息时代的到来,科技发展日新月异,电子技术在社会生活中日益发挥着非常重要的作用,运用模电和数字逻辑知识设计的电子产品也成为日常生活中不可缺少的一部分。可预置定时报警电路在日常生活中被广泛应用,特别是在某些限时和预警电路中作为其核心部件,控制整个电路达到预警、限时等目的,广泛应用于各种电气设备的限时或报警时控中。
本次设计的可预置定时报警电路以周期为1秒的脉冲信号作为输入信号,输入到减数计数器中,用七段显示译码器和七段显示数码管作为显示器来直观显示时间。在预置0-99之间合适的时间之后开启开关进行倒计时,在倒计时过程中可以暂停、继续计时、清零,在倒计时结束后,数码管显示“00”,同时作为报警器的发光二极管发出红光进行报警。在报警之后可以按动开关对警报进行解除和显示复位,以便再次预置时间进行倒计时。
本次课程设计报告包括概述、方案论证、电路设计、性能测试、结论、性价比、课设体会和合理化建议七个部分,详细记录了本次课程设计的设计过程,明确体现了设计原理和应用策略,满足了课程设计要求,达到了预期效果。
二、方案设计
设计一个可预置定时报警电路,能够预置0-99内的时间,按动开关进行倒计时,在倒计时结束时数码管显示“00”同时发光二极管发出红光,并能解除报警和复位。在倒计时过程中能够对时间进行暂停、继续倒计时、清零等操作,可以多次预置时间进行倒计时,原理框图如图1所示。
图1 可预置定时报警电路的原理框图
可预置定时报警电路原理框图如图1所示,采用555定时器产生周期为1秒的脉冲,计数器采用74LS192芯片,当555定时器提供的脉冲信号为上升沿时计数器会完成一次递减,在计时器开始的最初阶段首先要为其置数,通过对两片74LS192的A、B、C、D接口依次加上高、低电平来完成对十位和个位置数。七段显示译码器和七段显示数码管组合起来用以完成显示数值的功能,当数值递减为零时自动报警。
本次设计的秒脉冲与计数器之间的应用配合是系统的主要部分,控制电路的所有功能可以通过设置两个单刀双掷开关和一个单刀开关来完成,分别将它们按照设计要求连接来,实现开始倒计时、暂停/继续、清零的功能。
三、电路设计
1. 74LS192计数器模块
本次课程设计中计数器选用中规模集成电路进行设计,74LS192是十进制同步加法/减法计数器,其功能表如表1所示。
74LS192具有以下功能,当LOADˊ=0,CLR=0时,可以对其置数,数码管显示预置数字;当LOADˊ=1,CLR=0,UP=1时,若有时钟脉冲加到DOWN端,则计数器在预置数的基础上进行减法计数,当计数器从9减到0时,减法借位输出端BOˊ输出借位下降沿跃变脉冲;当LOADˊ=1,CLR=0,UP=1,DOWN=1时计数暂停,保持当前状态;若
当CLR=1,则进行清零操作。Q
0-Q
7
分别接到显示译码器的输入端,DOWN端接到秒脉冲
发生器的脉冲输出端。
图2中所示为预置数N=(0010000)
8421BCD =(20)
10
,当低位计数器U2的借位输出
端BOˊ输出低电平借位脉冲时,高位计数器U1才开始进行减法计数。当电路系统倒计时到高、低位计数器都为零时,高位计数器U1的借位输出端BOˊ输出低电平借位脉冲,通过与门U7共同作用使输入脉冲为零,使计数器U2停止计数,从而使数码管始终保持显示“00”状态,同时导通报警电路,使发光二极管发红色光,开始报警。计数器模块电路图如图2所示。
VCC
图2 计数器模块电路图
2.秒脉冲信号发生模块
秒脉冲信号发生模块是为全电路提供一个周期为1秒的时钟脉冲信号,使整个电路系统在运行过程中能够保持一致的工作步伐。由于电路系统需要一个相对稳定的脉冲信号以保证计时器稳定计时,所以采用555定时器构成的多谐振电路来发出时钟脉冲信号。555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路,由于555定时器构成的多谐振电路内部比较器灵敏度较高,采取差分电路形式,因此用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小,广泛应用于日常生活中电子信号的产生和变换和某些电器设备中控制和检测电路。
电容器C 放电所需时间为:
22ln 20.7pL t R C R C =≈ (1)
当放电结束后,向电容器C 进行充电,所需时间为:
2121()ln 20.7()pH t R R C R R C =+≈+ (2)
产生的脉冲周期为:
2121(2)ln 20.7(2)t R R C R R =+≈+ (3)
本次课程设计的可预置定时报警电路需要的脉冲周期是1秒,根据以上公式可计算出满足要求且输出脉冲信号较为稳定的电阻、电容值为:
1230 60R k R k =Ω=Ω 1210 0.01C F C F μμ==
其秒脉冲信号产生电路如图3所示。
F
VCC
图3 秒脉冲信号发生模块电路图
3.译码显示模块
译码显示模块是将可预置定时报警电路倒计时过程中的具体操作更加直观的显示出来。在倒计时过程中,74LS192会将计时模块所输出的信号传送给译码器,信号在经过译码器译码后接入到七段显示数码管,通过七段显示数码管将信号变化情况准确、直观的显示出来。74LS47D 译码器和七段显示数码管如图4所示。
图4 译码显示模块电路图