课程名称：  数字电子技术

题    目：定时报警器设计

专业班级： 08电子信息工程

学生姓名：  

学    号： 

指导老师：                

审    批：

任务书下达日期    2010年   9月    27日  星期一

设计完成日期      2010年  10月     11日  星期一

一、设计任务与要求…………………………………………….2

二、方案设计与论证…………………………………………….2

三、单元电路设计与参数计算………………………………….3

四、仿真过程与仿真结果……………………………………….4

五、总原理图及元器件清单…………………………………….7

六、安装与调试………………………………………………….8

七、性能测试与分析…………………………………………….8

八、结论与心得………………………………………………….9

九、参考文献…………………………………………………….10

十、评分表……………………………………………………….11

定时报警器设计

一、设计任务与要求

1.设计一个简单的定时器，并具有显示时间，清零输出指示的功能。

2.定时器有两位的十进数LED数码管显示，即十位数、个位数。

3.按动控制开关计数开始后，在LED数码管上显示出00—99。

4.具有清零的功能，且每次清零后，又开始从00开始。

5.每次时间到点进行报警2S。

6.功能扩展：增加任意时间设置报警功能。

二、方案设计与论证

    该设计可以采用555定时器接成的多谐振荡器提供秒脉冲信号，通过对两个十进制计数器外电路的连接构成任意进制的计数器，计数器的计数输出通过译码器由数码管显示出来，这样就实现了定时功能。通过逻辑变换，可以用逻辑门实现到点时得到高电平并具有规定延时，再由高电平驱动蜂鸣器实现报警功能。将两计数器置数端接有效电平可实现预置数功能，若预置数设为报警点，即可实现任意时间报警功能；而接非有效电平可实现00~99计数。

    设计框图如下：

    方案一：采用加法计数，两计数器输入端A,B,C,D都接地。

    方案二：采用减法计数，两计数器输入端A,B,C,D按设定起始值对应的二进制值来选择连接电源或地。

    由于定时的概念突显剩余时间，而且规定报警点为座位号，可将座位号设为起始计数值，这样采用减法计数更恰当。

三、单元电路设计与参数计算

1.秒脉冲产生电路：采用555定时器，如图连接电路。

由555定时器和R1、R2、C1构成多谐振荡器，利用电源通过R1、R2向C1充电，然后C1通过R2放电的循环反复，使电路产生振荡。

由振荡周期T=（R1+R2）*C*ln2＝1ｓ可得（R1+R2）＝１／（C*ln2）≈144.9KΩ，可取R1=R2=48KΩ

通过调节电位器R1、R2即可得到1s周期脉冲信号。

   2.定时电路：

采用两个74LS190计数器接成46进制减法计数器。为了将46设为计数起始值，将高位C输入端和低位B、C端接高电平，其余输入端接地。将两个计数器输出端通过或非门（或者通过或门和与非门构成）接到置数端，由于74LS190为异步置数，即可实现46进制计数。将高位C端、低位C端和低位A、B端的异或相与再取反后，和高位A、B端的取反输出相与非并经反向器接到蜂鸣器，即可实现到46报警并延时2s。再将置数端经过单刀双置开关接电源即可实现99~00减计数并且有且仅有到46和45时报警；经过开关接地即可实现任意时间开始报警2s。

高位只有C端高电平时的状态表如下。

  1.当R1、R2取48K，C1取10uF时仿真速度极慢，这里取R1、R2为10K C1为100nF作为仿真。J3闭合，J1断开，J2置向74LS30端。仿真开始时如下所示，可见从46开始减计数。 

2．J1一闭合，立刻回到预置数，即实现任意时间报警功能（图示灯亮）。

3.减计数至00时，由异步置数立刻置成46，即为46进制。

4.经过两秒延时，回到低电平，即可实现报警两秒。

5.将J2掷向电源端，减计数至00后跳到99，可实现99~00计数。

五、总原理图及元器件清单

1、总原理图

2、元件清单

利用Protel DXP软件画好原理图，再将原理图打印出来，然后印制到电路板上，再将电路板上剩余铜片腐蚀掉。用酒精清洗板上的碳墨后，对板钻孔，然后插上芯片管座、电位器、电容和开关进行焊接。焊接完成后插上芯片，接上自备手机充电器，调节电位器R1、R2进行调试。

调试过程发现，无论R1、R2如何改变，数码管都显示预置数46不变，将连接秒脉冲产生电路和定时电路的电容C3短路后发现数码管开始显示减计数，但是即使R1、R2调到最大值，计数还是太快，所以只有增大电容C1才能解决问题。果然，在C1换为20uF后调节电位器R1、R2计数周期可以达到1s。

Protel DXP软件画好原理图如下。

七、性能测试与分析

1. J1断开，J2置向74LS30端，J3闭合。因为预置数为46，所以从46开始减计数。从数码管显示可见，实物符合设计要求。

2．任一时间，按下J1然后自动挑起，数码管立刻显示预置数46，同时蜂鸣器发出响声并响两秒，即实现任意时间报警功能。因为J1开关闭合即将两计数器置数端接地，实现预置数功能，而预置数点即为报警点，因此实现了设计的要求。

3. 减计数至00时，数码管显示立刻置成46，即为46进制。因为74LS190为异步置数计数器，不需要等待脉冲信号作用，所以00不计入循环数，即实现46进制。同时蜂鸣器发声并响两秒，实现了每次时间到点进行报警2S功能。

4. 将J2掷向电源端，从数码管显示可见能实现99~00计数。因为将J2掷向电源端，即是让两计数器置数端工作在非有效电平从而不能置数，实现99~00计数并且有且仅有到46和45时报警。

八、结论与心得

通过本次实训，完成了定时报警器的课程设计任务，达到了设计要求，同时我从中也受益匪浅。

在短短的一周，要完成从找资料、构思电路、仿真、手工制版到焊接，所以我很珍惜时间，放弃午休、晚睡早起地赶进程。一有问题就翻课本找资料，单独完成了整个课程设计。

在仿真时，由于74LS48为共阴译码器，驱动共阴数码管，而发现元件库里数码管有CA和CK端之分，开始用CA无论怎么试都出错，才知道原来有CA端的是共阳数码管。而原理图要用到开关，自己找了半天都没找着，后来在老师指点下才知道原来SP就是开关符号，有种柳暗花明的感觉。经过一次次仿真的失败，到最后的成功，我体会到成功的滋味，也培养了我的耐心。

仿真成功后，又一大难题是手工制板。由于刚学Protel　DXP电路设计软件，对其应用还很生疏，所以为打印原理图下了不少功夫，开始用１０mil宽线连接，后来看同学用２０mil线宽打印出来的线都很细很容易断，所以又重新用２５mil连线，为了使跳线尽量少，在保证有一定间隙下我让线尽可能地从芯片底下穿过。线还是细了点，所以我在印制过程都很小心，并让板在印制机上过了３遍，印制完后又用墨笔涂了几处易断点，所以腐蚀过后线虽然很细，但基本上没断，自己很是兴奋！

接下来就是安装焊接了。因为知道电路板只有一个，而且线与线间隙又很小，所以我格外注意焊接。我拿上学期课程设计留下来的板熟悉下焊接，发现一边放锡一边焊接很快就能焊好，对比以前我总是先上好锡再焊接更快更牢。焊好后，我清干净电烙铁上的锡，然后去吸焊点上过多的焊，这样既美观又更加牢固，感觉跟上学期焊的就不是一个档次了。

这次实训，因为重视，我总是疲惫地往返于宿舍于实验室之间，流了许多的汗水，但设计了实用定时报警器出来，我收获了成功的喜悦。

九、参考文献

1、阎  石．数字电子技术基础(第五版)．高等教育出版社P298~305，P494~498

2、陈金西．数字电路实验与综合设计．厦门大学出版社P43~45,P165~168

3、李响初，阙爱仁，李喜初．实用电子控制线路200例．中国电力出版社P126~129

4、孙余凯，吴鸣山，项绮明．新型电子通用单元电路．电子工业出版社P250~252

5、丛书编委会．报警器、警示器应用电路集粹．机械工业出版社P46~58

6、张莲，蒋亮，孙玉林．Protel DXP电路设计入门与应用．机械工业出版社P66~78

十、评分表

电子工程系数字电路课程设计评分表

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