可預置時間的定時顯示報警系統(tǒng)

1、可預置的定時顯示報警系統(tǒng)1 設計任務描述1.1 設計題目：可預置的顯示報警系統(tǒng)之二 1.2 設計要求1.2.1 設計目的 （1）掌握可任意預置時間的顯示報警系統(tǒng)的構(gòu)成、原理與設計方法；（2）熟悉集成電路的使用方法。1.2.2 基本要求（1）設計一個可預置60秒的顯示報警系統(tǒng)；（2）時間顯示系統(tǒng)為按秒加法計數(shù)，每5秒顯示一次時間；當計數(shù)到第60秒時發(fā)光二級管閃爍報警一次（3）系統(tǒng)能準確地預置和清零。2 設計思路 可預置顯示的報警系統(tǒng)，主要包含三個方面即定時、顯示、報警。一、為實現(xiàn)以秒為單位的定時，首先需要秒脈沖，脈沖由于受到振蕩器件的限制，秒脈沖振的頻率較低，很難直接產(chǎn)生，所以采用高頻振蕩電路，

2、所以選擇了555多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖，然后再分頻，分頻選擇了四個74LS290做為分頻器，其中要先把其連成十進制的計數(shù)器，經(jīng)過四次分頻由此產(chǎn)生秒脈沖。二、秒脈沖產(chǎn)生之后，為實現(xiàn)定時，需要對其進行記數(shù)。這里采用減數(shù)的方式。選擇的器件是74LS192,記數(shù)的目的兩個，一是控制顯示器的數(shù)字顯示，二是控制報警系統(tǒng)。在控制顯示器的顯示中，首先將其輸入端接地即低電平，此時現(xiàn)實器顯示30，然后接通電源，此時顯示器開始倒計時。三、數(shù)字顯示系統(tǒng)中，由于數(shù)字顯示系統(tǒng)要求每隔5秒顯示一次，這里需要鎖存器對計數(shù)器中出來的信號進行鑒別顯示，鎖存器控制端的脈沖依然由記數(shù)實現(xiàn)，被鎖存的數(shù)據(jù)將在顯示中輸出。此部分的計數(shù)器選擇7

3、4161，將其接成五進制的計數(shù)器，其目的在于通過選擇及鎖存，使顯示器每隔五秒顯示一次四、為了實現(xiàn)控制報警，從計數(shù)器出來的脈沖首先通過數(shù)據(jù)選擇器，選擇輸出所選擇的數(shù)據(jù)實現(xiàn)定時報警。數(shù)據(jù)選擇器選用的器件是74LS151進行選擇，當其輸出端全為零時，此時發(fā)生器就會報警。報警電路是由一個555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器組成的。其中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是控制發(fā)生器的報警時間的，555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器是控制發(fā)生器報警的頻率的。首先由數(shù)據(jù)選擇器輸出的低電平觸發(fā)555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使其產(chǎn)生觸發(fā)信號，然后進入555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的輸入端，當輸出低電平時，發(fā)生器開始報警。 以上即為可預置的定

4、時顯示報警系統(tǒng)。3 設計方框圖顯示器顯示器驅(qū)動器驅(qū)動器揚聲器選擇器鎖存器鎖存器譯碼器譯碼器計數(shù)器計數(shù)器 分頻器振蕩器4 各部分電路設計及參數(shù)計算4.1 顯示器LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，可用來顯示一位09十進制數(shù)和一個小數(shù)點, 小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為22.5V，每個發(fā)光二極管的點亮電流在510mA。本電路采用兩個顯示器通過八個380歐姆電阻驅(qū)動，十位顯示0、1、2、3，個位顯示09十個數(shù)字；dp端與電阻相連后通過開關接地。七管腳數(shù)碼管是實際七段數(shù)碼管的仿真元件，分共陰極和共陽極兩種。輸

5、入四位二進制數(shù)要想實現(xiàn)數(shù)碼顯示必須加譯碼電路。四管腳的數(shù)碼管元件是個虛擬元件，它是把如74系列的247或248等七段顯示譯碼器與實際的七段數(shù)碼管“封裝”在一起了，直接輸入四位二進制數(shù)完成數(shù)碼顯示。 4.2 譯碼器該電路是由7448七段顯示譯碼器和七段數(shù)字器BS201構(gòu)成的。7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。其譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其他輸入代碼則僅要求LT=1，這時候，譯碼器各段ag輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。分段式數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼的。因此，為了使數(shù)碼管能將數(shù)碼所代表的數(shù)顯示出來，必須將數(shù)碼經(jīng)譯

6、碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動器點亮對應的段測試輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“1”消隱輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“0”LT 鎖定端，LT“1”時譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LT0時的數(shù)值，LT0為正常譯碼。譯碼是編碼的逆過程，是把給定的代碼進行“翻譯”，變成相應的狀態(tài)，使輸出通道中相應的一路有信號輸出。 4.3 鎖存器 鎖存使用了兩片74LS75鎖存器來完成。當個位接受為0或5時，鎖存器的控制端LE接收低電位信號完成鎖存功能，將輸入的信號傳送到譯碼器進行顯示。 4.4 5秒鎖存控制電路 根據(jù)設計要求，鎖存器接收到秒脈沖信號后不能立即顯示而是每隔五秒顯示一次。將計數(shù)器個位輸出端的信號引

7、出，一為0即Qa b c d均引出，一為5即引出QcQa,將引出的輸出信號分別用與非門相連，之后讓兩個與非門的輸出信號通過一個或門連到鎖存器的控制端LE上，OE端通過一個上拉電阻接到5伏電源上保持持續(xù)高電位。則當計數(shù)器的個位輸出為0或5時，LE端接收到低電位的信號開始鎖存并將鎖存的信號輸入給譯碼器以顯示數(shù)字。其余時間雖收到信號但并不顯示。4.5 計時電路 一片74192計數(shù)器個位的進位輸出端與另一片十位的使能端EP ET相連后可以集連成30進制的計數(shù)器，。十位設置為三進制，將Qa和Qb端信號引出，通過一片74200（雙輸入與非門）接到十位計數(shù)器的清零端，當輸入為0011即3時系統(tǒng)自動清零重新計

8、數(shù)，預置端接高電位。個位使能端EP ET、預置端清零端分別相連后接到高電位，保持74192十進制不變。計數(shù)器個位十位輸入端Da、c、b、d分別接地，輸出端與譯碼器7447的輸入端分別相連。時鐘脈沖CP相連后接到分頻電路的進位輸出端上接收分頻后的秒沖信號。則在接收到秒脈沖信號后計數(shù)開始以秒為單位進行相加計時，十位為三時自動清零。當輸出信號為0或30時均能提供給報警電路低電平的信號使之觸發(fā)報警。4.6分頻電路 將二-五-十進制計數(shù)器74LS290連接成十進制的計數(shù)器，將兩個置九端接地，使其處于工作狀態(tài)，第一片的輸出信號作為第二片的輸入信號，每當計數(shù)達到1010這個狀態(tài)時，計數(shù)器便會自動清零，重新計

9、數(shù)脈沖信號，其余兩片的工作過程與第一片相同。通過三個十進制計數(shù)器分頻后就產(chǎn)生了系統(tǒng)所需要的秒脈沖。4.7單雙報警電路控制由計數(shù)器的輸出中通過一個與非門將十位為三、個位十位都為零時的信號通過一個或門連到555延時報警系統(tǒng)的信號輸入端。則當計數(shù)為三十時，向報警系統(tǒng)輸出低電平信號，經(jīng)電路震蕩后變?yōu)楦唠娖叫盘柺箵P聲器工作。同理當輸出為零時，也可以提供給報警器低電平的輸入信號使揚聲器發(fā)聲，為該電路的發(fā)揮部分單雙報警。4.8 555延時報警電路4.8.1 電路分析 將555定時器的6、7腳相連接上拉電阻后接5V電源，1腳接地，4腳8腳均接高電平；5腳接兩個電容后與2、6、7腳相連組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；由2腳接

10、受由計數(shù)器經(jīng)單雙報警選擇后的輸出信號控制報警。將3腳與另外一個555定時器的4腳相連，1腳接地，2腳與6腳相連后通過電阻R2與7腳相連，再連接電阻R1后接5V電源；5腳仍連接兩個電容；3腳通過一個電容與揚聲器相連，揚聲器一端接地。第二個555定時器就變成了多諧振蕩器，由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器共同構(gòu)成了555延時報警系統(tǒng)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的2腳接受到低電平的信號使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)，經(jīng)多諧振蕩器后信號變成高電平提供給揚聲器，使揚聲器發(fā)聲。4.8.2 參數(shù)計算 555多諧振蕩器產(chǎn)生頻率：f = 10K HZ 經(jīng)4個十進制計數(shù)器分頻后得到信號頻率: f = 1 HZ單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555（1）中， Vcc=

11、5V C = 0.01 µF C = 0.22 µF R = 4.5kR = t =700T = t + t = 0.7 (R+R) C+ 0.7 RC= 0.7( R+2 R) C因為T = = 1s所以1 = 0.7 (R + 2 × 2.4 × 10) × 0.22 × 10R = 900 K5 工作過程分析本電路由顯示器、譯碼器、鎖存器、計數(shù)器和555延時報警系統(tǒng)構(gòu)成。其工作過程如下：接通電源后，555多諧振蕩器產(chǎn)生1兆赫茲的信號，經(jīng)由四片74LS290組成的分頻電路將信號分為1赫茲后連接計數(shù)器的CP脈沖控制其計數(shù)。計數(shù)器（在

12、本系統(tǒng)中設置的是十進制）進行遞加計時， 當遞加到三十時，有控制電路產(chǎn)生信號使鎖存器工作，鎖存這一狀態(tài)并觸發(fā)報警器工作。當在預置端給予一個清零信號，則系統(tǒng)進入初始狀態(tài)。計數(shù)器將信號輸送給鎖存器通過555（1）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由3端輸出一正向脈沖給555（2）。555（2）構(gòu)成多諧振蕩器，兩片通過電阻和電容集連之后就形成555延時報警系統(tǒng)。當開關S按下時，觸發(fā)555（1）的3端產(chǎn)生一正相脈沖，在此正相脈寬持續(xù)期，555（2）多諧振蕩。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的2腳接受到低電平的信號使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)，經(jīng)多諧振蕩器后信號變成高電平提供給揚聲器，使揚聲器發(fā)聲。555（2）3端連接揚聲器在獲得高電平時自動發(fā)聲報警

13、。在計數(shù)器向鎖存器輸送信號時，從個位引出5和0兩個狀態(tài)時的二進制信號通過或門相連后連接到鎖存器的控制端，則當個位為5或0時鎖存器開始工作，將接受到的信號鎖存并且傳送給譯碼器，由譯碼器進行譯碼后通過380歐姆的電阻驅(qū)動顯示器將數(shù)字顯示出來，且從零開始每五秒一顯示。將計數(shù)器的十位上的四個輸出端引出接到選擇器74151進行數(shù)據(jù)選擇，此為第二個發(fā)揮部分。將兩片74161計數(shù)器的進位輸出端與相鄰的CP脈沖通過非門分別相連，使能端與清零預置端均接高電平，其中一個CP脈沖接收555多諧振蕩器傳送的振頻率，一個進位輸出端與計數(shù)器的CP脈沖相連，提供給計數(shù)器秒脈沖信號使之以秒為單位計數(shù)。當計數(shù)器由0秒加到30秒

14、時，提供給報警系統(tǒng)低電平的觸發(fā)信號使之報警，此為基礎部分單報警電路。將計數(shù)器十位設置為三進制，且與清零端通過與非門相連，當十位輸入為三時，系統(tǒng)自動的清零重新開始計數(shù)。當個位十位輸出都為0時，同樣提供給報警系統(tǒng)一個低電平的輸入信號使之報警，此為發(fā)揮部分雙報警電路，將單雙報警電路用一個或門同時連接到到報警系統(tǒng)的信號輸入端控制其工作。6 元器件清單序號型號說明數(shù)量174LS290分頻器42555定時器3 374LS192計數(shù)器2474LS161比較器1574LS151數(shù)據(jù)選擇器2674LS75鎖存器2774LS48譯碼器28揚聲器發(fā)聲報警19LED顯示器顯示數(shù)字110電阻30700/900M/10K

15、/4.5K各1個11電容0.01 µF113接地信號輸入低電平17 主要元器件介紹7.1 74LS29074LS290為二，五，十進制計數(shù)器， 它對于計數(shù)器的清零方法是借助S9（1）、S9（2）將計數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：（1） 計數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進制計數(shù)器。（2） 計數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。（3） 若將CP2和QA相連，計數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成 異步8421碼十進制加法計數(shù)器。（4） 若將CP1與QD相連，計數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步

16、5421碼十進制加法計數(shù)器。（5） 清零、置9功能。a) 異步清零當R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。b) 置9功能當S9（1）、S9（2）均為“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”時，實現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA =1001. 功能表：引腳圖： 7.5 555用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路組成：用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路圖如7.5.3圖，R和C為外接定時元件，復位控制端與放電端相連并連接定時元件，置位控制端作為觸發(fā)輸入端。同樣，控制電壓端不用外接0.01 F電容。555定時器和外接元件R1、

17、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電以及C通過R2向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。555電路要求R1與R2均應不小于1K，但兩者之和應不大于3.3M。表7.5.1 555定時器的功能表 輸 入輸 出THTRR0QV的狀態(tài)XX00 導通2/3VCC1/3VCC10 導通2/3VCC1/3VCC11 截止2/3VCC1/3VCC1 不變 不變1-單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路 2-單穩(wěn)態(tài)電路電壓變化圖7.5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路和單穩(wěn)態(tài)電路電壓變化圖如圖7.5.2

18、所示，靜態(tài)時，觸發(fā)輸入VCC為高電平，VCC通過R對C充電，VCC上升。當UC2/3VCC時，復位控制端TH2/3VCC，而UI高電平使位置控制端 TR1/3VCC，定時器復位，Q=0，Q=1，放電管為飽和導通，C經(jīng)V放電，UC迅速下降。由于UI高電平使VCC2/3VCC，定時器仍保持復位，Q=0，Q=1，放電管始終保持飽和導通，C可以將電放完，UC0，電路處于穩(wěn)態(tài)。當觸發(fā)輸入UI為低電平時，置位控制端TR1/3VCC，而此時UC0又使復位控制端TH2/3VCC，則定時器置位，Q=1，Q=0，放電管截止，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，之后，VCC通過R對C充電，UC上升。當UC2/3VCC時，復位控制端TH

19、2/3VCC，而此時UI已完成觸發(fā)回到高電平使置位控制端TR1/3VCC，定時器又復位，Q=0，Q=1，放電管又導通，電路回到穩(wěn)態(tài)。C經(jīng)V再放電，電路恢復結(jié)束。此單穩(wěn)態(tài)的暫穩(wěn)態(tài)時間可按下式計算tw1.1RC此電路要求輸入觸發(fā)脈沖寬度要小于tw，并且必須等電路恢復后方可再次觸發(fā)，所以為不可重復觸發(fā)電路。7.5 74LS19274LS192的功能表如下：清零預置時 鐘預置數(shù)據(jù)輸入輸 出RLDCPCPABCDQQQQHXXXXXXXLLLLLLXXABCDABCDLHHXXXX加計數(shù)LHHXXXX減計數(shù)74LS192的特點是有兩個時種脈沖（計數(shù)脈沖）輸入端CPU和CPD。在RD=1的條件下，作加計數(shù)

20、時，令CPD=1，計數(shù)脈沖從CPU輸入； 作減速計數(shù)時，令CPU=1，計數(shù)脈沖從CPD輸入。 7.5 74LS161 74LS161 為可預置的 4 位二進制同步計數(shù)器，其主要電特性的典型值如下： 在時鐘脈沖出現(xiàn)前，即使 ENP、ENT、CLEAR 發(fā)生變化，電路的功能也不受影型號 FMAX PD CT54161/CT74161 32MHz 305mW CT54LS161/CT74LS161 32MHz 93mW 161 的清除端是異步的。當清除端 CLEAR 為低電平時，不管時鐘端 CLOCK 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。 161 的預置是同步的。當置入控制器 LOAD 為低電平時，在 CL

21、OCK上升沿作用下，輸出端 QAQD 與數(shù)據(jù)輸入端 AD 相一致。對于54/74161，當 CLOCK 由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)控制端 ENP、ENT 為高電平，則 LOAD 應避免由低至高電平的跳變，而 54/74LS161無此種限制。 161的計數(shù)是同步的，靠CLOCK同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當 ENP、ENT 均為高電平時，在 CLOCK 上升沿作用下 QAQD 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于 54/74161，只有當 CLOCk為高電平時，ENP、ENT才允許由高至低電平的跳變，而54/74LS161 的 ENP、ENT 跳變與 CLOCK 無關。 1

22、61 有超前進位功能。當計數(shù)溢出時，進位輸出端（RCO）輸出一個高電平脈沖，其寬度為QA 的高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N 位同步計數(shù)器。 對于 54/74LS161，響。 管腳圖： 7.5 74LS151 引腳圖： 74LS151是一種典型的集成電路數(shù)據(jù)選擇器，它有3個地址輸入端CBA，可選擇D0D7八個數(shù)據(jù)源，具有兩個互補輸出端，同相輸出端Y和反相輸出端W。其引腳圖如 輸入輸出使能 G 選擇 C B AY W H L L L L L L L L ×××L L LL L H L H LL H HH L LH L HH H LH H H L H

23、D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 7.6 74LS7554S175/74S175，54LS175/74LS175 三種線路結(jié)構(gòu)形式。其主要電特性的典型值如下： 型號 fm PD54163/74163 35MHz 150mW 54S163/74S163 110MHz 300mW 54LS163/74LS163 40MHz 55mW 當清除端（CR）為低電平時，輸出端Q為低電平。 在時鐘（CP）上升沿作用下，Q與數(shù)據(jù)端（D）相一致。當 CP為高電平或低電平時，D對 Q沒有影響。 引出端符號 CP 時鐘輸入端（上升沿有效） CR 清除端（低電平有效） 1D4D 數(shù)據(jù)輸入端 1Q4Q 輸

24、出端 1Q4Q 互補輸出端 引腳圖：功能表： 7.7 74LS48    7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設有多個輔助控制端，以增強器件的功能。 7448的功能表如表5.3.4所示，它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/RBO,現(xiàn)簡要說明如下：    1. 滅燈輸入BI/RBO BI/RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當BI/RBO作輸入使用且BI0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入ag均為0，所以字形熄滅。  

25、0; 2. 試燈輸入LT 當LT0時，BI/RBO是輸出端，且RBO1，此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查7488本身及顯示器的好壞 功能表： 邏輯圖： 小 結(jié)時光飛逝，為期一周的課程設計已經(jīng)結(jié)束了。這次課程設計是一次腦力兼體力的實訓。經(jīng)歷了這一周的勵練，人瘦了，心碎了，雖然如此，但感覺實訓周的每天過的都很充實而緊湊。雖然說我們已經(jīng)在課堂上學習了數(shù)字電子，可真正動手設計還根本沒有嘗試過。初次拿到設計的題目時心里既激動又惆悵。激動的是我終于可以把自己所學的知識應用到實踐中來了，惆悵的是看著題目心里一片茫然。為了很好的做好這次課

26、程設計，之前我就在圖書館查找相關資料，并且去網(wǎng)上搜索了解更全面的相關信息。有了這前期的準備后心里逐漸有了底。設計開始后，在老師的指導以及與同組同學的討論下，我有了自己的設計思路，然后就是圍繞思路繪出設計的方框圖，方框圖僅僅只是設計思路一個體現(xiàn)。在與同組人的討論中，我們都意識到了自己的不足，突然之間明白了書到用時方恨少這句話的含義。所以在原理圖的繪制中，電子這本教材幾乎都被我翻爛了，最后在老師的糾正和指導下，我的設計思路基本完善了，也指出的我原理圖中的缺點和不足。接下來就是根據(jù)方框圖選擇芯片并了解各器件的功能，通過查閱資料我逐漸了解并熟悉掌握了所需器件的功能。經(jīng)過老師的審核以及指正后，按照原理圖

27、最終完成了接線圖?？粗怯勺约和瓿傻膹碗s的接線圖，心中是感慨萬千！想想自己從懵懂到徹底弄明白整個設計圖的過程，望著那錯綜復雜的接線，終于感受到了知識的力量，也明白了理論與實踐的結(jié)合是多么不易?！皩W，然后知不足”，古人的話語此刻足以說明我的心境。完成接線圖后就答辯，由于自己準備比較充分，答辯時也覺得胸有成竹，但由于疏忽了細節(jié)方面的問題，在一個問題上出了錯，其余兩個問題回答的還不錯。這也讓我體會到了無論在什么時候都要保持一顆平常心，都要注意一謹小慎微的事，切不可粗心大意掉以輕心！經(jīng)歷了這一周近乎涅磐般的洗禮，從電子設計到計算機操作，從理論分析到實際繪圖，從懵懂到大悟困境不言棄，逆境求生存！這是我最深的體會。在一次次的橡皮與紙的摩擦聲中，似乎在說“沒有吃不了的苦，只有享不了的?！?；在一次次的線條與器件的連接以及同組的相互討論中，仿佛聽到了“ 一根筷子輕輕折就斷，十根筷子