计数报警器的设计

1沈阳航空航天大学课程设计（说明书）计数报警器的设计班级24020103学号学生姓名指导教师2沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称电子线路课程设计课程设计题目课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个计数报警器电路，用以在生产线上对产品进行计数，技术指标如下：①计数最大值为99；②用2位七段数码管显示；③计数溢出时发出声光报警信号，报警时间长度为10秒，声音报警用蜂鸣器实现，报警光信号用红色LED表示；④自行设计输出为5V的直流电源。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multisim软件仿真。2．进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1.阎石主编．数字电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年2.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3成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年月日一、概述随着信息社会的到来，人们希望现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性。仅在原有框架内修改和完善已无济于事。根据逻辑功能的不同特点，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类，在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关，这是组合逻辑电路在逻辑功能上的共同特点；在时序逻辑电路中，任意时刻的输出信号不仅取决于当前的输入信号，而且还取决于电路原来的状态。时钟电路用555定时器构成，555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。时钟电路可以产生脉冲从而起到控制电路的作用，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。设计4时钟电路，要根据设计的要求确定主时钟的频率，然后结合其他控制电路，设计出与电路相适应的脉冲。施密特触发器和单稳态触发器用于对脉冲的整形，多谐振荡期用于对脉冲的产生。单稳态触发器有稳态和暂稳态两个不同的工作状态，在外界触发的作用下可以从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，在自动返回稳态。二、方案论证设计一个计数报警器电路，用以在生产线上对产品进行计数，要求计数最大值为99，当计数溢出时发出声光报警信号，此次设计可有不同方案，在此提出两种方案。方案一：一部分是设计5V直流稳压电源电路，通过变压器、整流器、滤波电容、稳压器和负载来实现。另一部分是设计计数报警器，信号发生器产生脉冲来控制计数器，用两片74LS192级联组成100进制计数，用两片74LS47来驱动两个七段共阳极数码管，计数的次数由数码管显示。由第一片74LS192的进位溢出接到第二片74LS192的计数端，把第二片的进位溢出接到由555定时器和若干电阻、电容构成的单稳态触发器的输入端，当计数达到99后由于第二片进位溢出从而触发由单稳态触发器构成的电路，由其输出10秒的脉冲来驱动扬声器和LED产生报警，其中报警时间10秒由RC决定（Tw=1.1RC），经过计算要选择合适的电阻和电容。同时再用计数器、译码器和数码管显示10秒的计时。方案二：方案二中可以通过74LS160来计数，再通过74LS47译码器译码，并将输出端连接数码管，再用555触发器来构成单谐振回路控制报警时间，最终都可以达到同样的效果。本设计采用的是方案一，74LS192结合简单的门电路就可以实现计数并将最终档位进行保存，此设计能满足低成本，操作简单方便的要求。三、电路设计根据要求，本设计主要有5V直流电源电路（整流、滤波、稳压电路）和计数报警电路（计数电路、译码电路、显示电路、声光报警电路）。1.直流稳压电源电路1.1其原理图如图1所示。5图15V直流电源电路的原理框图电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。根据设计要求，输出最大电源为+10V/1A，因此，输出的最大功率为10W。另外，为了输出正、负电压，可以选择220V/±16V/10W的变压器。整流电路一般由单项导电性的二极管构成，经常采用单项半波、单项全波和单向桥式整流电路。如图2-2所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了3N259桥式整流器。整流过程中，4个整流管轮流导通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向一致，形成全波整流，将变压器处的交流电压变成了脉动直流电压。平时做设计，前级用470uF,用于滤低频，二级用100nF，用于滤高频，470uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，100nF的电容作用是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。1.2元件参数计算及选择（1）稳压器要求输出+5V的直流电，选择选择LM7805。LM7805为固定+5V输出稳压集成电路(采取特殊方法也可使输出高于5V)，最大输出电流为1A。（2）变压器为了使电路正常工作，要求输入电压应比输出电压自少高出2.5V~3V，且22)(9.022UUUAVo。所以变压器的输出电压的平均值至少应为8V，因此选择双8V/8W的变压器。（3）滤波电容大小的选择对于滤波电容C来说，2)5~3(TCRL即05.0~03.0CRL，滤波电容一般选择几十至几千微法的电解电容。本设计选择470uF的电解电容，又因为输出最大电流为1A，故可算出RL的范围，因此负载选为1K。1.3直流稳压电源电路图如图2所示。6计数器计数图2直流电源电路原理图2.计数报警器电路2.1其原理图如图3所示。图3计数报警电路的原理框图2.2计数电路：采用两片74LS192N实现。用开关的闭合与打开产生计数脉冲，将脉冲信号送到74LS192芯片的UP端，由于74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器，所以当计数器计到9时，当下一个脉冲信号到来时它就要产生一个进位信号。这个进位信号可以接在下一个74LS192芯片的UP端，这样就可以实现00到99之间的计数，当十位上的数字计到9时，当下一个脉冲信号到来时它也要产生一个进位信号，这个信号可以用来控制声光报警系统的工作；在计数器的计数过程中，我们是需要显示出当前的数字的，所以这就需要用译码电路实现。计数电路如图4所示。图4计数电路数码管显示译码器译码声光报警72.3译码电路：采用74LS247译码器。将74LS192芯片的对应接口接到74LS247芯片上，这时74LS247芯片便可以将接收到的信号译码，将译码后的信号送到数码管，数码管就可以显示当前计数器所计的数字。译码电路如图5所示。图5译码电路2.4显示电路：用两个共阳极七段数码管实现。显示电路如图6所示。8图6显示电路2.5声光报警电路：声光报警功能用蜂鸣器和LED灯实现，控制LED报警十秒，蜂鸣器报警10秒。此电路需要555定时器中的单稳态触发器。根据Tw=1.1RC（Tw=10）来选择合适的R和C即可，其中要想显示出报警的秒数，需要在单稳态触发器的输出端再接一个555定时器构成的多谐振荡器，由此产生的脉冲通过74LS160计数器计数，再通过74LS47N译码并通过七段共阳极数码管显示。声光报警电路如图7所示。图7声光报警电路四、性能测试1.直流稳压电源的测试表1直流电路测试数据表R值(kΩ)C值(μF)频率（Hz）周期(s)1470500.02直流稳压电源测试仿真电路如图8所示。9图8直流稳压电源测试仿真电路图直流稳压电源输出电压值如图9所示。图9直流稳压电源输出电压2.计数电路测试图10计数电路测试图3.电路计时测试10图11计时电路测试图图12计时电路测试图4.电路整体性能测试11图13电路整体测试图计数达到99时清零，此时蜂鸣器开始报警，二极管开始发光，由七段数码管显示其报警时间，断开开关后将不再重新计数，待将开关闭合时，将重新计数。五、结论该设计主要运用了分为两部分，一部分是设计5V直流稳压电源，用到了变压器、整流器、滤波电容、稳压器，另一部分是设计计时报警器，用到了计数器74LS192、74LS160、译码器74LS47、七段数码管、555触发器，通过以上性能测试与调试，电路完全符合设计要求，且工作稳定，可以实现所要求的结果。参考文献[1]黄培根主编.电子技术基础实验.电子工业出版社，2010年[2]荆西京主编．模拟电子电路实验技术．西安：第四军医大学出版社，2004年[3]陆坤等编.电子设计技术.成都：电子科技大学出版社，1997年7月[4]阎石主编.数字电子技术.北京：高等教育出版社，2006年[5]华成英、童诗白主编.模拟电子技术基础.高等教育出版社，2006年[6]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京：国防工业出版社，2005年12附录I总电路图13附录II元器件清单14序号编号名称型号数量1U1、U210进制计数器74LS192N22U3、U5译码器74LS4733U4、U6、U11七段共阳数码管SM410561N34U7U8555LM555CN25LS1蜂鸣器BUZZER16LED1发光二极管17U910进制计时器74LS160N18R2、R3、R4电阻20039R5、R7电阻1K110R6电阻4.5K111R1电阻450K112C1电容200nF113C3电容1.5uF114C2、C4电容10nF215T1变压器116D2整流器3N259117C5电容100nF118C6电容100uF119C7电容470uF120U12稳压管LM7805KC1