倒计时报警电路

课程设计说明书题目：倒计时报警电路设计课程名称：数字电子技术学院：电子信息与电气工程学院学生姓名：学号：专业班级：电气工程及其自动化2011级指导教师：2013年6月成绩课程设计任务书设计题目倒计时报警电路设计学生姓名所在学院电子信息与电气工程学院专业、年级、班电气工程及其自动化2011级1班设计要求：1．设计一个倒计时报警电路；2．倒计时的时间范围为1~99秒，并且倒计时时间可调；3．当倒计时时间结束时，电路发出光报警信号，报警时间长度为5秒，报警信号用红色LED表示。学生应完成的任务：设计倒计时报警电路的原理图，并用Multisim软件对所设计电路进行仿真。利用AltiumDesigner软件绘制原理图，并根据要求制作电路的PCB图。根据所做PCB图及要求制作印刷电路板。根据设计原理及PCB图对电路板进行安装调试，完成课程设计作业，并提交课程设计报告。参考文献：[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005.[2]秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术基础[M].北京：北京大学出版社，2012.[3]邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.[4]谷树谷，刘文洲，姜航.AltiumDesigener教程[M].北京：电子工业出版社，2009.[5]张新喜，许军，王新忠，杨雨迎.Multisim10电路仿真及应用[M].北京:机械工业出版社，2010.工作计划：5月27-28日用Multisim设计电路图并仿真；5月29-31日用AltiumDesigener设计原理图及其PCB板图；6月3-4日制作PCB板；6月5日安装调试PCB板；6月6-7日书写并提交课程设计报告。任务下达日期：2013年5月27日任务完成日期：2013年6月6日指导教师（签名）：学生（签名）：倒计时报警电路设计摘要：设计制作一个倒计时间可在1-99之间可调的报警电路。该电路可在与之数的基础之上倒计时到0后代表报警信号的二极管发光并持续5秒时间。本电路主要元件有555定时器、十进制可逆计数器74LS192、集成译码器74LS47、薄码开关及八段数码管。555定时器构成产生振荡周期为一秒的多谐振荡器以及产生5秒脉宽的单稳态电路来驱动报警指示灯点亮；74LS192和薄码开关构成可预置数的计数器；由译码器74LS47构成七段数码管的驱动电路关键词：555定时器；计数器；译码器；电路仿真；PCB板目录1设计背景………………………………………………………11.1电子系统的组成……………………………………………11.2掌握时钟电路的作用及基本构成…………………………12.设计方案………………………………………………………22.1任务分析……………………………………………………22.2方案论证……………………………………………………23方案实施………………………………………………………23.1原理图设计…………………………………………………23.2电路仿真……………………………………………………63.3PCB制作……………………………………………………73.4PCB板安装于调试…………………………………………74结果与结论……………………………………………………85收获与致谢……………………………………………………86参考文献………………………………………………………97附件……………………………………………………………97.1电路原理图…………………………………………………97.2PCB布线图…………………………………………………97.3元器件清单…………………………………………………107.4实物图……………………………………………………1011．设计背景1.1电子系统的组成现代社会中，电子系统已经成为人们工作和生活中不可缺少的一部分。概括地讲，凡是可以完成一个特定功能的完整的电子装置都可以称为电子系统。大到航天飞机的测控系统，小到电子计时器，它们都是电子系统。虽然电子系统的大小不一，功能各异，其组成大致可以分为4个部分：广义对象部分、传感器部分、信息处理部分和执行机构部分。1．广义对象部分广义对象部分包括通常意义下的控制对象和对象所处的外部环境。2．传感器部分传感器部分相当于认得感觉器官，它把系统工作过程中，系统本身和外界环境的各种参数和状态检测出来，经过一定得变换，成为一种可测顶的电量，传送到系统的信息处理部分。3．信息处理部分在智能型的电子系统中，信息处理部分往往由微处理器组成，这部分相当于人的大脑，来自个传感器部分的信息集中到这里，经过处理后再对执行机构发出指令，它是智能型电子心痛的核心和关键部分。4．执行机构部分执行机构相当于人的手足。信息处理部分发出的指令通过执行机构才能实现各种所要求的功能。任何复杂的电子系统都可以逐步划分成不同层次、相对独立的子系统。通过对子系统的分析，最后可以选用合适的电子电路器件来实现。将各子系统组合起来，便完成了整个系统的设计。按照这种由大到小，由整体到局部，再由小到大，由局部到整体的设计方法进行系统设计，就可以避免盲目的拼凑，完成设计任务。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2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任务分析根据课程设计要求，分析可知，倒计时报警电路是由555定时器及47k、51k电阻及10Uf、10nf电容组成的可产生周期为1秒的多谐振荡器为电路提供时钟信号；由74LS192计数将信号传至驱动器74LS47而使八段数码管显示倒计时间；通过与非门74LS00使计数输出信号输至报警模块；报警模块由555定时器及47K电阻，100Uf、10uf电容组成的单稳态触发器为报警LED灯提供驱动电压。2.2方案论证在此电路中需体现其倒计时间可调并且倒计时为零时LED灯亮发出报警信号，在倒计时的过程中起道机时间可通过译码器在八段数码管上显示。其具体电路结构图如下：图1电路结构图3.方案实施计数器译码器显示输出端时钟发生器置数端报警电路33.1原理图设计1．时钟信号电路设计555集成时及电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。555定时器的逻辑符号图如图2所示。GND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2图2555定时器的逻辑符号图由555定时器构成多谐振荡器作为时钟脉冲，其电路图如图3所示.更具其周期计算公式T=（R1+2R2）Cln2可知该时钟信号周期为T=1.0328s。R247k¦¸R351k¦¸C110uFC210nFVCC5VU8LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2VCC3332350图3时钟信号发生电路2计数器、译码器及显示输出电路设计此部分电路由集成计数器74LS192及译码器74LS47组成，其输入信号为时钟信号，输出信号使两位八段数码管显示倒计时间数。设计原理：将时钟信号输入计数器U3的减数计数端，将U3的输出接到译码器U5的信号输入端，同时将U5的输出接到显示器八段数码管的输入端。则译码器将4会是计数器的计数结果通过数码管显示，此位数码管显示的为个位数值。将U3的借位输出端接到U5的减数计数端，按相同连接方式使U4、U6/U8组成十位数字显示电路，则但个位输出借位信号时将产生一个低电平从而使十位数字将减一，实现预期功能。其电路图如图4所示。3置数电路设计此部分主要由四位薄码开关J1、J2及J6组成，当J6闭合时置数端接高电平，此时计数器计数，当J6断开时计数器的置数端接低电平，处于置数状态。此时可拨动J1、J2分别给个位和十位置初值。其电路图如下图5所示。U374LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U474LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U574LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U674LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4VCC5V1VCC5V1910111220212223VCC5V1VCC5V1VCCVCC113100VCC5V1VCC5V1VCCVCCVCC1314151617181924252627282930VCCU8ABCDEFGCA12345678U7ABCDEFGCA12345678图4控制输出电路5U374LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U474LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14J1J227282930VCC5VVCCVCC5VVCC5VVCC5VVCCVCC23242526VCC3143J6AKey=AR64k¦¸C510uFVCC5VVCC02图5倒计时置数电路4报警电路设计此电路主要由555定时器构成的单稳态振荡电路及LED组成。设计原理：将计数器的借位输出端经三个与非门接到报警电路的触发输入端，当计数器的两位均为零时在时钟信号作用下将同时输出低电平，则单稳态电路将产生一脉宽为Tw=1.1.R1C1=5.17s的脉冲，同时将输出信号接到计数器的清零端使计数器停止计数，从而使LED灯点亮发出报警信号。6VCCOUTU1555_TIMER_RATEDGND1DIS23RST4THR5CON6TRI78R147kΩC1100uF21C210nF211VCC5V103VCC1LED1ACR2100¦¸121402图6报警电路3.2电路仿真在各单元电路设计的基础上，按照总体电路图在仿真软件Multisim上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值连接，然后打开Multisim的开关，根据数码管计数、置数情况及LED灯亮情况判断电路是否正常。通过仿真，我们的电路原理图无误，可以制板。仿真图如图7所示。用555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率理论值为1Hz，可能因为电压的不稳定，在开始时彩灯亮的时间并不为1s，在循环过一次后，彩灯按照时长为1秒进行依次发亮。根据仿真结果可知电路原理无误，可以进行PCB板布线。图7电路仿真图73.3.PCB制作在布线时要注意AltiumDesigne中元件的封装。因为对于同一个元件可能又多种封装方式。封装时根据所给元件的类型选择合适的封装对各个元件进行封装。封装完成后，把原理图导入PCB板。导入PCB板后，再对元件的位置重新手动摆放，使尽量少的线重叠，以减少布线时的跳线出现。3.4PCB板安装与调试在安装时，我们首先按照PCB图辨认了元件的位置及正负极、方向，所以在安装前，请教了老师怎样辨认正负极。然后安装好所有的芯片和电路原件后，按照电路图逐一检查电路及有没有漏焊的问题，接下来用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。在线路没有问题的情况下连接电源调试。加上5V电压后我们的电路板没能正常工作，在检查后发现一电容引脚未焊接好，将电路完善后，再给加一个5V的电压，电路板可以正常工作，达到了预期效果。4.结果与结论利用555定时器、电阻和电容来设计时钟电路，经过仿真，并利用示波器观察波形，得到了一个多谐振荡器，其频率是1Hz；利用74LS192计数器和74LS47译码器来设计一个驱动