計數(shù)報警器的設計

1、沈陽航空航天大學課 程 設 計（說明書）計數(shù)報警器的設計 班 級 24020103 學 號 學 生 姓 名 指 導 教 師 沈陽航空航天大學課 程 設 計 任 務 書課 程 名 稱 電子線路課程設計 課程設計題目 課程設計的內(nèi)容及要求：一、設計說明與技術指標設計一個計數(shù)報警器電路，用以在生產(chǎn)線上對產(chǎn)品進行計數(shù)，技術指標如下：計數(shù)最大值為99；用2位七段數(shù)碼管顯示；計數(shù)溢出時發(fā)出聲光報警信號，報警時間長度為10秒，聲音報警用蜂鳴器實現(xiàn)，報警光信號用紅色LED表示；自行設計輸出為5V的直流電源。二、設計要求1在選擇器件時，應考慮成本。2根據(jù)技術指標，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理

2、圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。三、實驗要求1根據(jù)技術指標制定實驗方案；驗證所設計的電路，用multisim軟件仿真。2進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1. 閻石主編數(shù)字電子技術基礎M北京：高等教育出版社，2006年2. 童詩白，華成英主編模擬電子技術基礎M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰寫課程設計報告成績 指導教師 日期 成績評定表：序號評定項目評分成績1設計方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設計結果可信（例如：系統(tǒng)分析、仿真結果）（15分）3態(tài)度認真，遵守紀律（15分）4設計報告的規(guī)范化、參考文獻充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成績（以

3、優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導教師簽字： 年 月 日一、概述隨著信息社會的到來，人們希望現(xiàn)代信息傳輸網(wǎng)絡能快速、經(jīng)濟、有效地提供各種電路和業(yè)務，而上述網(wǎng)絡技術由于其業(yè)務的單調(diào)性，擴展的復雜性，帶寬的局限性。僅在原有框架內(nèi)修改和完善已無濟于事。根據(jù)邏輯功能的不同特點，數(shù)字電路可以分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類，在組合邏輯電路中，任意時刻的輸出僅僅取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關，這是組合邏輯電路在邏輯功能上的共同特點；在時序邏輯電路中，任意時刻的輸出信號不僅取決于當前的輸入信號，而且還取決于電路原來的狀態(tài)。時鐘電路用555定時器構成，555定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成

4、電路，利用它能極方便地構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。時鐘電路可以產(chǎn)生脈沖從而起到控制電路的作用，整個系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。設計時鐘電路，要根據(jù)設計的要求確定主時鐘的頻率，然后結合其他控制電路，設計出與電路相適應的脈沖。施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于對脈沖的整形，多諧振蕩期用于對脈沖的產(chǎn)生。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)，在外界觸發(fā)的作用下可以從穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，在自動返回穩(wěn)態(tài)。二、方案論證設計一個計數(shù)報警器電路，用以在生產(chǎn)線上對產(chǎn)品進行計數(shù)，要求計數(shù)最大值為99，當計數(shù)溢出時發(fā)出聲光報警信號，此次設計可有不同方案，在此提出兩種

5、方案。方案一： 一部分是設計5V直流穩(wěn)壓電源電路，通過變壓器、整流器、濾波電容、穩(wěn)壓器和負載來實現(xiàn)。另一部分是設計計數(shù)報警器，信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖來控制計數(shù)器，用兩片74LS192級聯(lián)組成100進制計數(shù)，用兩片74LS47來驅動兩個七段共陽極數(shù)碼管，計數(shù)的次數(shù)由數(shù)碼管顯示。由第一片74LS192的進位溢出接到第二片74LS192的計數(shù)端，把第二片的進位溢出接到由555定時器和若干電阻、電容構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端，當計數(shù)達到99后由于第二片進位溢出從而觸發(fā)由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構成的電路，由其輸出10秒的脈沖來驅動揚聲器和LED產(chǎn)生報警，其中報警時間10秒由RC決定（Tw=1.1RC），經(jīng)過計算要選擇

6、合適的電阻和電容。同時再用計數(shù)器、譯碼器和數(shù)碼管顯示10秒的計時。方案二：方案二中可以通過74LS160來計數(shù)，再通過74LS47譯碼器譯碼，并將輸出端連接數(shù)碼管，再用555觸發(fā)器來構成單諧振回路控制報警時間，最終都可以達到同樣的效果。本設計采用的是方案一，74LS192結合簡單的門電路就可以實現(xiàn)計數(shù)并將最終檔位進行保存，此設計能滿足低成本，操作簡單方便的要求。三、電路設計根據(jù)要求，本設計主要有5V直流電源電路（整流、濾波、穩(wěn)壓電路）和計數(shù)報警電路（計數(shù)電路、譯碼電路、顯示電路、聲光報警電路）。1.直流穩(wěn)壓電源電路1.1其原理圖如圖1所示。 圖1 5V直流電源電路的原理框圖 電源變壓器的作用是

7、將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需的低電壓。根據(jù)設計要求，輸出最大電源為+10V/1A，因此，輸出的最大功率為10W。另外，為了輸出正、負電壓，可以選擇220V/16V/10W的變壓器。整流電路一般由單項導電性的二極管構成，經(jīng)常采用單項半波、單項全波和單向橋式整流電路。如圖2-2所示的整流電路為應用廣泛的橋式整流電路。電路中采用了3N259橋式整流器。整流過程中，4個整流管輪流導通，無論正半周還是負半周，流過負載的電流方向一致，形成全波整流，將變壓器處的交流電壓變成了脈動直流電壓。平時做設計，前級用470uF,用于濾低頻，二級用100nF，用于濾高頻，470uF的電容作用是減小輸出

8、脈動和低頻干擾，100nF的電容作用是減小由于負載電流瞬時變化引起的高頻干擾。 1.2元件參數(shù)計算及選擇 （1）穩(wěn)壓器要求輸出+5V的直流電，選擇選擇LM7805。LM7805為固定+5V輸出穩(wěn)壓集成電路(采取特殊方法也可使輸出高于5V)，最大輸出電流為1A。 （2）變壓器為了使電路正常工作，要求輸入電壓應比輸出電壓自少高出2.5V3V，且 。所以變壓器的輸出電壓的平均值至少應為8V，因此選擇雙8V/8W的變壓器。 （3）濾波電容大小的選擇 對于濾波電容C來說，即，濾波電容一般選擇幾十至幾千微法的電解電容。本設計選擇470uF的電解電容，又因為輸出最大電流為1A，故可算出的范圍，因此負載選為1

9、K。 1.3直流穩(wěn)壓電源電路圖如圖2所示。 圖2 直流電源電路原理圖2.計數(shù)報警器電路 2.1其原理圖如圖3所示。聲光報警數(shù)碼管顯示譯碼器譯碼計數(shù)器計數(shù)圖3 計數(shù)報警電路的原理框圖 2.2計數(shù)電路：采用兩片74LS192N實現(xiàn)。用開關的閉合與打開產(chǎn)生計數(shù)脈沖，將脈沖信號送到74LS192芯片的UP端，由于74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器，所以當計數(shù)器計到9時，當下一個脈沖信號到來時它就要產(chǎn)生一個進位信號。這個進位信號可以接在下一個74LS192芯片的UP端，這樣就可以實現(xiàn)00到99之間的計數(shù)，當十位上的數(shù)字計到9時，當下一個脈沖信號到來時它也要產(chǎn)生一個進位信號，這個信號可以用來控制

10、聲光報警系統(tǒng)的工作；在計數(shù)器的計數(shù)過程中，我們是需要顯示出當前的數(shù)字的，所以這就需要用譯碼電路實現(xiàn)。計數(shù)電路如圖4所示。 圖4 計數(shù)電路2.3譯碼電路：采用74LS247譯碼器。將74LS192芯片的對應接口接到74LS247芯片上，這時74LS247芯片便可以將接收到的信號譯碼，將譯碼后的信號送到數(shù)碼管，數(shù)碼管就可以顯示當前計數(shù)器所計的數(shù)字。譯碼電路如圖5所示。圖5 譯碼電路 2.4顯示電路：用兩個共陽極七段數(shù)碼管實現(xiàn)。顯示電路如圖6所示。圖6 顯示電路2.5聲光報警電路：聲光報警功能用蜂鳴器和LED燈實現(xiàn)，控制LED報警十秒，蜂鳴器報警10秒。此電路需要555定時器中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。根據(jù)T

11、w=1.1RC（Tw=10）來選擇合適的R和C即可，其中要想顯示出報警的秒數(shù)，需要在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端再接一個555定時器構成的多諧振蕩器，由此產(chǎn)生的脈沖通過74LS160計數(shù)器計數(shù)，再通過74LS47N譯碼并通過七段共陽極數(shù)碼管顯示。聲光報警電路如圖7所示。 圖7 聲光報警電路四、性能測試1.直流穩(wěn)壓電源的測試表1 直流電路測試數(shù)據(jù)表R值(k)C值(F)頻率（Hz）周期(s)1470500.02直流穩(wěn)壓電源測試仿真電路如圖8所示。圖8 直流穩(wěn)壓電源測試仿真電路圖直流穩(wěn)壓電源輸出電壓值如圖9所示。 圖9 直流穩(wěn)壓電源輸出電壓2.計數(shù)電路測試 圖10 計數(shù)電路測試圖3. 電路計時測試 圖11

12、計時電路測試圖 圖12 計時電路測試圖4.電路整體性能測試圖13 電路整體測試圖 計數(shù)達到99時清零，此時蜂鳴器開始報警，二極管開始發(fā)光，由七段數(shù)碼管顯示其報警時間，斷開開關后將不再重新計數(shù)，待將開關閉合時，將重新計數(shù)。五、結論該設計主要運用了分為兩部分，一部分是設計5V直流穩(wěn)壓電源，用到了變壓器、整流器、濾波電容、穩(wěn)壓器，另一部分是設計計時報警器，用到了計數(shù)器74LS192、74LS160、譯碼器74LS47、七段數(shù)碼管、555觸發(fā)器，通過以上性能測試與調(diào)試，電路完全符合設計要求，且工作穩(wěn)定，可以實現(xiàn)所要求的結果。參考文獻1黃培根主編. 電子技術基礎實驗.電子工業(yè)出版社， 2010年2荊西京主編模擬電子電路實驗技術西安：第四軍醫(yī)大學出版社，2004年3陸坤等編.電子設計技術.成都：電子科技大學出版社，1997年7月4閻石主編. 數(shù)字電子技術. 北京：高等教育出版社，2006年5華成英、童詩白主編.模擬電子技術基礎.高等教育出版社，2006年6 陳振官等編著. 新穎高效聲光報警器. M北京：國防工業(yè)出版社，2005年附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1U1、U2 10進制計數(shù)器74LS192N22U3、U5譯碼器74LS4733U4、U6、U11七段共陽數(shù)碼管SM410561N34U7U8555LM555CN25L