倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路

1、成績課程設(shè)計(jì)說明書題 目： 倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路設(shè)計(jì) 課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) 學(xué) 院： 電子信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化2011級(jí) 指導(dǎo)教師： 2013年6月課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書設(shè)計(jì)題目倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名所在學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)、年級(jí)、班電氣工程及其自動(dòng)化2011級(jí)1班設(shè)計(jì)要求：1設(shè)計(jì)一個(gè)倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路；2倒計(jì)時(shí)的時(shí)間范圍為199秒，并且倒計(jì)時(shí)時(shí)間可調(diào)；3當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束時(shí)，電路發(fā)出光報(bào)警信號(hào)，報(bào)警時(shí)間長度為5秒，報(bào)警信號(hào)用紅色LED表示。學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)：設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路的原理圖，并用Multisim軟件對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真。

2、利用Altium Designer軟件繪制原理圖，并根據(jù)要求制作電路的PCB圖。根據(jù)所做PCB圖及要求制作印刷電路板。根據(jù)設(shè)計(jì)原理及PCB圖對(duì)電路板進(jìn)行安裝調(diào)試，完成課程設(shè)計(jì)作業(yè)，并提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)：1 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2005. 2秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：北京大學(xué)出版社，2012.3 邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4谷樹谷，劉文洲，姜航.Altium Desigener教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.5張新喜，許軍，王新忠，楊雨迎.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用M.北京:機(jī)

3、械工業(yè)出版社，2010.工作計(jì)劃：5月27-28日用Multisim設(shè)計(jì)電路圖并仿真；5月29-31日用Altium Desigener設(shè)計(jì)原理圖及其PCB板圖；6月3-4日制作PCB板；6月5日安裝調(diào)試PCB板；6月6-7日書寫并提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。任務(wù)下達(dá)日期：2013年5月27日任務(wù)完成日期：2013年6月6日 指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）：倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路設(shè)計(jì)摘 要：設(shè)計(jì)制作一個(gè)倒計(jì)時(shí)間可在1-99之間可調(diào)的報(bào)警電路。該電路可在與之?dāng)?shù)的基礎(chǔ)之上倒計(jì)時(shí)到0后代表報(bào)警信號(hào)的二極管發(fā)光并持續(xù)5秒時(shí)間。本電路主要元件有555定時(shí)器、十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192、集成譯碼器74LS47、薄碼開

4、關(guān)及八段數(shù)碼管。555定時(shí)器構(gòu)成產(chǎn)生振蕩周期為一秒的多諧振蕩器以及產(chǎn)生5秒脈寬的單穩(wěn)態(tài)電路來驅(qū)動(dòng)報(bào)警指示燈點(diǎn)亮； 74LS192和薄碼開關(guān)構(gòu)成可預(yù)置數(shù)的計(jì)數(shù)器；由譯碼器74LS47構(gòu)成七段數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路關(guān)鍵詞：555定時(shí)器；計(jì)數(shù)器；譯碼器；電路仿真；PCB板目 錄1設(shè)計(jì)背景11.1電子系統(tǒng)的組成11.2掌握時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成12.設(shè)計(jì)方案22.1任務(wù)分析22.2方案論證23方案實(shí)施23.1原理圖設(shè)計(jì)23.2電路仿真63.3 PCB制作73.4 PCB板安裝于調(diào)試74 結(jié)果與結(jié)論85 收獲與致謝86 參考文獻(xiàn)97 附件97.1電路原理圖97.2 PCB布線圖97.3 元器件清單107.4

5、 實(shí)物圖101 設(shè)計(jì)背景1.1 電子系統(tǒng)的組成現(xiàn)代社會(huì)中，電子系統(tǒng)已經(jīng)成為人們工作和生活中不可缺少的一部分。概括地講，凡是可以完成一個(gè)特定功能的完整的電子裝置都可以稱為電子系統(tǒng)。大到航天飛機(jī)的測控系統(tǒng)，小到電子計(jì)時(shí)器，它們都是電子系統(tǒng)。雖然電子系統(tǒng)的大小不一，功能各異，其組成大致可以分為4個(gè)部分：廣義對(duì)象部分、傳感器部分、信息處理部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。1廣義對(duì)象部分廣義對(duì)象部分包括通常意義下的控制對(duì)象和對(duì)象所處的外部環(huán)境。2傳感器部分傳感器部分相當(dāng)于認(rèn)得感覺器官，它把系統(tǒng)工作過程中，系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)檢測出來，經(jīng)過一定得變換，成為一種可測頂?shù)碾娏浚瑐魉偷较到y(tǒng)的信息處理部分。3信息

6、處理部分在智能型的電子系統(tǒng)中，信息處理部分往往由微處理器組成，這部分相當(dāng)于人的大腦，來自個(gè)傳感器部分的信息集中到這里，經(jīng)過處理后再對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，它是智能型電子心痛的核心和關(guān)鍵部分。4執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)相當(dāng)于人的手足。信息處理部分發(fā)出的指令通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)各種所要求的功能。任何復(fù)雜的電子系統(tǒng)都可以逐步劃分成不同層次、相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)。通過對(duì)子系統(tǒng)的分析，最后可以選用合適的電子電路器件來實(shí)現(xiàn)。將各子系統(tǒng)組合起來，便完成了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。按照這種由大到小，由整體到局部，再由小到大，由局部到整體的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就可以避免盲目的拼湊，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。1.2 掌握時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成

7、時(shí)鐘電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的靈魂，它屬于一種控制電路，整個(gè)系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時(shí)鐘電路包括主時(shí)鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時(shí)鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的 555 多諧振蕩電路，數(shù)字頻率計(jì)中的基準(zhǔn)時(shí)間形成電路等都屬于時(shí)鐘電路。設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時(shí)鐘的頻率，并注意與其他控制信號(hào)結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時(shí)鐘脈沖。2. 設(shè)計(jì)方案2.1 任務(wù)分析根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，分析可知，倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路是由555定時(shí)器及47k、51k電阻及10Uf、10nf電容組成的可產(chǎn)生周期為1秒的多諧振蕩器為電路提供時(shí)鐘信號(hào)；由74LS192計(jì)數(shù)將信號(hào)傳至驅(qū)動(dòng)器74LS47而使八段數(shù)碼管

8、顯示倒計(jì)時(shí)間；通過與非門74LS00使計(jì)數(shù)輸出信號(hào)輸至報(bào)警模塊；報(bào)警模塊由555定時(shí)器及47K電阻，100Uf、10uf電容組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為報(bào)警LED燈提供驅(qū)動(dòng)電壓。2.2 方案論證在此電路中需體現(xiàn)其倒計(jì)時(shí)間可調(diào)并且倒計(jì)時(shí)為零時(shí)LED燈亮發(fā)出報(bào)警信號(hào)，在倒計(jì)時(shí)的過程中起道機(jī)時(shí)間可通過譯碼器在八段數(shù)碼管上顯示。其具體電路結(jié)構(gòu)圖如下：計(jì)數(shù)器譯碼器顯示輸出端時(shí)鐘發(fā)生器報(bào)警電路置數(shù)端圖1 電路結(jié)構(gòu)圖3. 方案實(shí)施3.1 原理圖設(shè)計(jì)1時(shí)鐘信號(hào)電路設(shè)計(jì)555集成時(shí)及電路是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，可連接成多諧振蕩電路，產(chǎn)生單位脈沖，用于觸發(fā)計(jì)數(shù)器。555定時(shí)器的邏輯符號(hào)圖如圖2所示。圖2

9、555定時(shí)器的邏輯符號(hào)圖由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器作為時(shí)鐘脈沖，其電路圖如圖3所示.更具其周期計(jì)算公式T=（R1+2R2）Cln2可知該時(shí)鐘信號(hào)周期為T=1.0328s。圖3 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路2 計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示輸出電路設(shè)計(jì)此部分電路由集成計(jì)數(shù)器74LS192及譯碼器74LS47組成，其輸入信號(hào)為時(shí)鐘信號(hào)，輸出信號(hào)使兩位八段數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)間數(shù)。設(shè)計(jì)原理：將時(shí)鐘信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器U3的減數(shù)計(jì)數(shù)端，將U3的輸出接到譯碼器U5的信號(hào)輸入端，同時(shí)將U5的輸出接到顯示器八段數(shù)碼管的輸入端。則譯碼器將會(huì)是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果通過數(shù)碼管顯示，此位數(shù)碼管顯示的為個(gè)位數(shù)值。將U3的借位輸出端接到U5的減數(shù)計(jì)數(shù)端

10、，按相同連接方式使U4、U6/U8組成十位數(shù)字顯示電路，則但個(gè)位輸出借位信號(hào)時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)低電平從而使十位數(shù)字將減一，實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。其電路圖如圖4所示。3 置數(shù)電路設(shè)計(jì)此部分主要由四位薄碼開關(guān)J1、J2及J6組成，當(dāng)J6閉合時(shí)置數(shù)端接高電平，此時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)J6斷開時(shí)計(jì)數(shù)器的置數(shù)端接低電平，處于置數(shù)狀態(tài)。此時(shí)可撥動(dòng)J1、J2分別給個(gè)位和十位置初值。其電路圖如下圖5所示。圖4 控制輸出電路圖5倒計(jì)時(shí)置數(shù)電路4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)此電路主要由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)振蕩電路及LED組成。設(shè)計(jì)原理：將計(jì)數(shù)器的借位輸出端經(jīng)三個(gè)與非門接到報(bào)警電路的觸發(fā)輸入端，當(dāng)計(jì)數(shù)器的兩位均為零時(shí)在時(shí)鐘信號(hào)作用下將同時(shí)輸出低

11、電平，則單穩(wěn)態(tài)電路將產(chǎn)生一脈寬為Tw=1.1.R1C1=5.17s的脈沖，同時(shí)將輸出信號(hào)接到計(jì)數(shù)器的清零端使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，從而使LED燈點(diǎn)亮發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖6報(bào)警電路3.2 電路仿真在各單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照總體電路圖在仿真軟件Multisim上一一選擇芯片并進(jìn)行連接，然后啟動(dòng)開關(guān)觀察。將電路在Multisim上連接好后，為各個(gè)電阻和電容選取適當(dāng)值，為各個(gè)開關(guān)設(shè)置好適當(dāng)?shù)逆I盤打開數(shù)值連接，然后打開Multisim的開關(guān)，根據(jù)數(shù)碼管計(jì)數(shù)、置數(shù)情況及LED燈亮情況判斷電路是否正常。通過仿真，我們的電路原理圖無誤，可以制板。仿真圖如圖7所示。用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率理論值為1H

12、z，可能因?yàn)殡妷旱牟环€(wěn)定，在開始時(shí)彩燈亮的時(shí)間并不為1s，在循環(huán)過一次后，彩燈按照時(shí)長為1秒進(jìn)行依次發(fā)亮。根據(jù)仿真結(jié)果可知電路原理無誤，可以進(jìn)行PCB板布線。圖7 電路仿真圖3.3. PCB制作在布線時(shí)要注意AltiumDesigne中元件的封裝。因?yàn)閷?duì)于同一個(gè)元件可能又多種封裝方式。封裝時(shí)根據(jù)所給元件的類型選擇合適的封裝對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行封裝。封裝完成后，把原理圖導(dǎo)入PCB板。導(dǎo)入PCB板后，再對(duì)元件的位置重新手動(dòng)擺放，使盡量少的線重疊，以減少布線時(shí)的跳線出現(xiàn)。3.4 PCB板安裝與調(diào)試在安裝時(shí)，我們首先按照PCB圖辨認(rèn)了元件的位置及正負(fù)極、方向，所以在安裝前，請(qǐng)教了老師怎樣辨認(rèn)正負(fù)極。然后安裝

13、好所有的芯片和電路原件后，按照電路圖逐一檢查電路及有沒有漏焊的問題，接下來用萬用表逐一檢查有沒有虛焊或線路斷路或線路短路。在線路沒有問題的情況下連接電源調(diào)試。加上5V電壓后我們的電路板沒能正常工作，在檢查后發(fā)現(xiàn)一電容引腳未焊接好，將電路完善后，再給加一個(gè)5V的電壓，電路板可以正常工作，達(dá)到了預(yù)期效果。4. 結(jié)果與結(jié)論利用555定時(shí)器、電阻和電容來設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，經(jīng)過仿真，并利用示波器觀察波形，得到了一個(gè)多諧振蕩器，其頻率是1Hz；利用74LS192計(jì)數(shù)器和74LS47譯碼器來設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過仿真，我們得到可置數(shù)并且倒計(jì)時(shí)可見的電路，設(shè)計(jì)的單穩(wěn)態(tài)振蕩電路實(shí)現(xiàn)看了計(jì)數(shù)到零時(shí)的報(bào)警功能。綜上所述

14、，我們利用電路仿真，最終得到了預(yù)期結(jié)果。由此次設(shè)計(jì)可知大的電路系統(tǒng)可將其分為若干個(gè)小系統(tǒng)來設(shè)計(jì)，從而降低難度且思路更加清晰。5. 收獲與致謝本次的倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路的課程設(shè)計(jì)，讓我有機(jī)會(huì)能夠?qū)纤鶎W(xué)到的知應(yīng)用于實(shí)踐中，并在此次實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合的重要性，同時(shí)我也提高了電子電路仿真軟件的應(yīng)用設(shè)計(jì)能力，雖然在此過程中遇到了很多的困難，但是在解決這些問題的同時(shí)也讓我學(xué)到了很多，對(duì)自己自身在專業(yè)設(shè)計(jì)方面增添了信心。電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)主要是以學(xué)生的動(dòng)手能力為主，開發(fā)學(xué)生大腦深處的潛能，并協(xié)同親手設(shè)計(jì)、制作、組裝與調(diào)試為一體。它將基本的理論技能知識(shí)與實(shí)際創(chuàng)新相結(jié)合，培養(yǎng)我們的實(shí)踐創(chuàng)新能力。我們作

15、為當(dāng)今時(shí)代的主流，僅限于書本的理論知識(shí)是不夠的，基本的動(dòng)手能力和操作技術(shù)是一切工作和創(chuàng)造的基本條件，以此我們才能為自己、為國家、為社會(huì)做更多的貢獻(xiàn)。經(jīng)過為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，雖然只是簡簡單單的設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路，但在這其中卻包含了很多的理論知識(shí)和實(shí)際的操作動(dòng)手動(dòng)腦機(jī)會(huì)。而我通過本次的課程設(shè)計(jì)，讓自己懂得如何去尋找自己想要的第一手資料，以及實(shí)際的能力操作，同時(shí)也提高了我對(duì)問題的分析、解決能力，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作、共同奮進(jìn)的精神。在這期間，最主要的收獲是：1.基本掌握PCB板線路拼接，走線，整體布局。2.更加深入地掌握了軟件multisim的使用。3.熟悉常用電子器件的類別、型號(hào)、規(guī)格、性能，能查找

16、資料，查閱有關(guān)的電子器件圖書等。另外在這次的課程設(shè)計(jì)中我們遇到了不少的疑難問題，最終通過咨詢老師、查找相關(guān)資料，一一解決了這些問題，這讓我感到很具有收獲感。在我們遇到不懂的問題時(shí)，利用網(wǎng)上和圖書館的資源，搜索查找得到需要的信息，并與老師、同學(xué)相互討論，明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。通過本次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多，知道了理論和實(shí)際是密不可分的，在實(shí)踐中強(qiáng)化理論，用理論輔助實(shí)踐，因此我們更應(yīng)該把理論知識(shí)學(xué)透徹。在學(xué)習(xí)實(shí)踐中，我們更應(yīng)該自己查找相關(guān)的資料，不斷的強(qiáng)化自己的理論，不斷的讓自己得到成長。在此我要感謝侯老師、張老師在設(shè)計(jì)過程中對(duì)我的耐心指導(dǎo)以及給我提出的寶貴建議和意見，還要感謝我的搭檔們?cè)谶^程

17、中對(duì)我的幫助和建議。6. 參考文獻(xiàn)1 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2005. 2秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：北京大學(xué)出版社，2012.3 邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4谷樹谷，劉文洲，姜航.Altium Desigener教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.5張新喜，許軍，王新忠，楊雨迎.Multisim 10電路仿真及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社2010.7. 附件7.1 電路原理圖圖7原理圖7.2 PCB板圖圖8 PCB板圖7.3 元器件清單表1 元器件清單名稱功能/數(shù)值個(gè)數(shù)電容100uF、10uF、10uF、10nF、10nF5LED報(bào)警信號(hào)燈1八段數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示2H