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標題: 可預置的定時器顯示報警系統的課程設計報告下載 [打印本頁]

作者: wzbs 時間: 2018-5-16 21:31
標題: 可預置的定時器顯示報警系統的課程設計報告下載
利用multisim軟件所設計的“可預置的定時器顯示報警系統的設計”的簡單課程設計。

一、概述

這次的課程設計任務是設計一個可預置的定時器顯示報警系統。該可預置的定時器顯示報警系統可用于任意定時系統，要求是設計電路時預置30秒的時間，在這30秒內，完成從預置的30秒減到0秒報警或是預置0秒計數到30秒報警，并且要求每隔5秒顯示一次時間，即要顯示30秒，25秒，20秒，15秒，10秒， 5秒，0秒時，同時系統能準確地預置和清零。

本次課程設計可以采用電路仿真軟件Multisim來設計電路，或者是采用VHDL語言編寫程序，并在MAX+plusⅡ平臺中進行仿真，下載到EDA實驗箱進行驗證，或編寫單片機程序并在單片機上進行仿真。綜合上面的方法，我選擇用電路仿真軟件來完成課設要求。

二、方案論證

設計一個可預置的定時報警系統，可以實現每5秒顯示一次，同時可以準確地預置和清零。

方案一：

先用555芯片生成頻率為1HZ的脈沖信號，用這個信號接在后面需要計數的芯片上。然后用兩片74LS192級聯，來設計一個0到30的加法計數器，使之每隔一秒計數一次，再通過74LS47芯片編譯成7段數碼管所識別的高低電平，用它的輸出來驅動共陽極數碼管，來顯示時間。最后用比較器來實現每隔五秒后來顯示一次。原理框圖如圖1所示：

圖1 方案一原理圖

方案二：

利用VHDL語言編寫程序，生成相應的模塊，最后在整體的電路形成中實現預置報警功能，相關的電路生成思路和方案一一致。

在本次綜合課程設計中，選用方案一來實現課程設計的要求。利用相關芯片可以降低題目設計的難度，且可以降低設計成本，并能順利實現電路功能。

三、電路設計

1.脈沖產生電路

該脈沖產生電路是利用555定時器生成多諧振蕩電路，來產生頻率為1HZ的脈沖信號。在接入VCC之后，電容C1開始充電，當C1兩端電壓到達2/3VCC時充電完成，并開始放電，當C1兩端電壓降到1/3VCC時，放電完成，接下來又開始放電，周而復始不斷循環。C1充電與放電產生振蕩，并最終從U。端輸出脈沖信號。根據C1的充電與放電的時間可求出輸出脈沖信號的周期

充電時間：T1=(R1+R2)× C1×ln2

放電時間：T2=R1×C1×ln2

總的振蕩周期為T=T1+T2=(R2+2×R1) ×C1×ln2

利用以上公式可計算相應的電容和電阻，其中R1=50kΩ,R2=10kΩ,C1=13.1μF，C2=10nF。脈沖電路如圖2所示：

圖2 脈沖產生電路

2.計數電路

計數器選用的是雙時鐘方式的十進制可逆計數器74192芯片，74192芯片的引腳圖如圖3所示:

圖3 74LS192芯片引腳圖

所用的74LS192芯片，是在當LOAD’，CLR端均為0時，計數器處在置數的位置。在CLR=1時，計數器可以清零。最終在LOAD’=1，CLR=0,UP=1時，且有上升沿脈沖加到DOWN端時，則計數器進行減法計數。 74192芯片的功能表如表1所示：

表1 74LS192芯片功能表

輸入						輸出
CLR	LOAD’	UP	DOWN	A B C D	Qa Qb Qc Qd
1	╳	╳	╳	╳ ╳ ╳ ╳	0 0 0 0
0	0	╳	╳	A B C D	A B C D
0	1	1	↑	╳ ╳ ╳ ╳	計數減
0	1	↑	1	╳ ╳ ╳ ╳	計數加

由74LS192的功能表所知，需要兩片74LS192芯片來實現30到0的計數功能，U1為高位片U2為低位片，具體的芯片連接電路如圖4所示：

圖4 由74LS192芯片組成的31進制計數電路

3.預置，清零電路

當LOAD’=0，CLR=0時，計數器處在置數狀態，因十位數和個位數計數器四位數據輸入端上的DCBA端分別為0011和0000，因此預置數為30。在CLR=0時，LOAD’=0為置數狀態，而在LOAD’=1時為計數狀態，因此當雙擲開關接上端時，電路置數30,雙擲開關接至下端時計數器開始減數。數字減到0后，電路會默認從99開始遞減，因此需要開關來控制它的置數端和置零端，來達到電路的功能。30秒預置數電路如圖5所示：

圖5 30秒預置數電路

將雙擲開關接至計數器的CLR端即可實現清零功能，當雙擲開關接至上端，即CLR=0時，計數器開始進行減法計數，在當雙擲開關接至下端即CLR=1時，計數器清零。清零電路如圖6所示：

圖6 清零電路

4.數值比較電路

74LS85芯片組成的數值比較系統，可以進行數字的選取，選擇出在0到30的5的倍數，進而觸發74LS47芯片的控制端，讓顯示器顯示相應的數字，達到預期效果。74LS85芯片的功能表如表2所示：

表2 74LS85芯片的功能表

比較輸入				級聯輸入			輸出
A3，B3	A2，B2	A1，B1	A0,B0	A>B	A<B	A=B	A>B	A<B	A=B
A3>B3	╳	╳	╳	╳	╳	╳	H	L	L
A3<B3	╳	╳	╳	╳	╳	╳	L	H	L
A3=B3	A2>B2	╳	╳	╳	╳	╳	H	L	L
A3=B3	A2<B2	╳	╳	╳	╳	╳	L	H	L
A3=B3	A2=B2	A1>B1	╳	╳	╳	╳	H	L	L
A3=B3	A2=B2	A1<B1	╳	╳	╳	╳	L	H	L
A3=B3	A2=B2	A1=B1	A0>B0	╳	╳	╳	H	L	L
A3=B3	A2=B2	A1=B1	A0<B0	╳	╳	╳	L	H	L
A3=B3	A2=B2	A1=B1	A0=B0	H	L	L	H	L	L
A3=B3	A2=B2	A1=B1	A0=B0	L	H	L	L	H	L
A3=B3	A2=B2	A1=B1	A0=B0	L	L	H	L	L	H

數值比較電路采用兩片74LS85芯片，分別由U1設置數值“5”和U2設置數值“0”與個位數進行比較，當個位輸出5時，U1的0AEQB端輸出高電平，當個位輸出0時，U2的0AEQB端輸出高電平，經過或門后，一旦有高電平輸出給74LS47芯片，則將會觸發鎖存器將0到30之間的5的倍數來顯示出來，當不是5的倍數時，顯示器不顯示數字，具體數字選擇電路如圖7所示：

圖7 數字選擇電路

5.鎖存顯示電路電路

此次所設計的鎖存顯示電路主要是由芯片74LS47芯片組成的，將數據選擇電路選擇出來的個位數和十位數再經過芯片74LS47芯片的編譯來顯示在7段碼的數碼管上。

由74LS47芯片和共陽極數碼管顯示電路，其中U3和U1組成十位數，U4和U2組成個位數，并且為了保證電路的安全，在每個數碼顯示管上端加上限流電阻，具體的數碼顯示電路由圖8所示，以及74LS47芯片的功能表如表3所示：

表3 74LS47芯片的功能表

數字

輸入

輸出

LT’

RBI’

BI’/RBO’

╳

圖8 顯示電路

四、性能的測試

1.電路清零測試

圖9 電路清零測試

在清零電路測試中，左邊為0到30每個數字均顯示的電路表示，右邊的是0到30的5的倍數的電路表示，當電路給出清零信號后，兩邊的數碼管均顯示0，因此由圖可知，清零電路可以順利實現它的功能。

2.置數電路測試

圖10置數電路測試

在置數電路測試中，左邊為0到30每個數字均顯示的電路表示，右邊的是0到30的5的倍數的電路表示，當電路給出置數信號后，兩邊的數碼管均會顯示30，并且會自動進入數字減得狀態。

3.總體功能測試

在測試電路的整體新能時，需要通過對0到30之間的普通數字的測試，還需要對5的倍數數字的測試，應該出現的結果是在除5的倍數之外的數字左邊的數碼顯示管顯示0到30之間的數字，而右側的數碼管并不顯示數字。只有當出現5的倍數時，兩邊的數碼顯示管會顯示數字，且顯示的數字是一樣的，圖11和圖12分別顯示了兩種不同的情況，具體內容如圖11和圖12所示：

圖11 非5的倍數的測試

圖12 5的倍數的測試

五、結論

這是一次綜合性很強的課程設計，畢竟是大學生涯中最后一次課設，綜合了很多以前所學的專業知識，一個題目可以通過電路仿真，單片機語言設計以及VHDL語言來實現，這次我選擇了電路仿真來實現相應功能。同時通過上面的功能測試，也可以知道該電路在設計思路沒有明顯問題，但在設計的過程中，所遇見的問題并不少，我通過查找書籍和資料，解決很多問題。通過這次課程設計，我掌握了很多解決問題的方法，同時對專業課相關知識有了新的認識，并有了更深的了解和把握。

六、性價比

該電路設計的成本較低，沒有特別昂貴的芯片和部件，總體電路設計的并不繁瑣，沒有通過簡化電路可以減掉的芯片和與非門。同時，電路設計之初本著簡化的思想，因此可以通過幾個簡單的開關來實現相應要求的功能和要求。總體電路設計的性價比還是比較高的。

七、課設體會

這個課程設計的題目是我自己選取的，當時只是感覺這個題目是利用相關芯片，就可以實現，并起初就有了一定的想法和思路，但在用仿真軟件進行仿真之后才發現這個過程并沒有那么容易實現，在連接電路后才知道針對法光二極管在沒有連接阻值較小的電阻時，會產生仿真錯誤，同時7段數碼管的開啟電壓為5伏而你的VCC也是5伏，那你的數碼管是無法發光的。在解決這些問題時，耗費了我大量的時間，不過能夠獨立解決這些問題，這個過程給予我很大的信心，并最終完成這次課設任務。

參考文獻

[1] 閻石主編.數字電子技術.[M]北京：高等教育出版社，2006年

[2] 陳振官等編著.新穎高效聲光報警器.[M]北京：國防工業出版社，2005年

[3] 謝自美.電子線路設計·實驗·測試[M].武漢：華中理工大學出版社，2000

[4] 付家才.電子實驗與實踐[M].北京：高等教育出版社，2004年

附錄I 總電路圖

附錄II 元器件清單

序號	編號	名稱	型號	數量
1	U1，U2	十進制計數器	74LS192	2
2	U3	定時器	LM555CN	1
3	U4，U5	顯示譯碼器	74LS47	2
4	U6，U7	數據比較器	74LS85	2
5	U8，U9	七段數碼管	BS201B	2
6	U10A	或門	74LS32D	1
7	U11A	非門	74LS04BM	1
8	R1,R4	電阻	668Ω	2
9	LED1，LED2	發光二極管	GaP	2
10	R2	電阻	50000Ω	1
11	R3	電阻	10000Ω	1
12	C1	電容	13.1μF	1
13	C2	電容	10nF	1

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