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中北大学信息商务学院课程设计中北大学信息与通信工程学院《电子线路及系统》课程设计说明书2015/2016学年第二学期题目：8路数显报警器学生姓名：蒋婷婷学号：1305044103刘晓英学号：1305044110李凌煜学号：1305044118专业：通信工程指导教师：李沅、鲁旭涛2016年6月29日中北大学信息商务学院课程设计课程设计任务书1．设计目的：1）综合运用所学的理论知识，掌握一般微机和电子线路分析和设计的基本方法和步骤；2）培养一定的独立分析问题、解决问题的能力；3）实践利用protel99se软件绘制电子线路原理图及仿真；4）学会说明书的规范整理和书写。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1）查阅相关资料，了解多路数显报警器；2）8路数显报警器原理；3）根据设计要求和技术指标给出合理的设计方案；4）画出系统的总体原理框图；5）选择元器件，并根据总体框图完成各单元电路的设计；6）计算电路图中的各参数；7）用Protel99SE等软件画出总体电路原理图和PCB版图；8）给出仿真结果；9）撰写课程设计说明书。3．设计工作任务及工作量的要求1）分析设计任务，查阅相关资料；2）确定系统方案，设计各模块电路，计算参数，分析其特性，使其满足题目要求；3）用相关软件进行仿真；4）按格式要求撰写课程设计说明书。4．设计成果形式及要求：1)用计算机仿真软件制图或仿真；2)课程说明书用计算机打印，并装订；3）电子文档一份。5．主要参考文献：中北大学信息商务学院课程设计1毕满清主编．电子技术实验与课程设计.第3版.北京：机械工业出版社，20052阎石.数字电子技术基础（V）北京：高等教育出版社，2006.53谢自美主编.电子线路综合设计.第1版.武汉：华中科技大学出版社，20066．工作计划及进度：2016年6月23日分析设计任务书，查阅相关资料及设计手册；2016年6月26日确定系统方案，组成模块框图，设计各模块电路；2016年6月28日分析电路各参数及其特性并绘制电子线路原理图及仿真并撰写课程设计说明书；2016年6月29日按格式要求完成课程设计说明书；2015年6月30日成绩考核系主任审查意见：签字：年月日中北大学信息商务学院课程设计摘要随着现代科技的发展，数字电子技术是一门非常重要的专业技术，人们对数码显示方面的要求也越来越高。在此次8路数显报警器的设计中，就综合了相关知识进行设计使其满足设计所要求的功能。特别是运用各类芯片的集成来使其减少各种各类的干扰。根据数字电子技术及模拟电子技术的相关知识，我们通过自己的努力，设计了八路数显报警器，在此次的设计过程中我们学到了如何去使用不同的芯片去实现我们所需要的功能，例如有74LS147译码器、74LS48编码器、输入与非门、555定时器等。这样的八路数显报警器系统可以应用到生活当中，为我们的生活带来很多的方便，通过这样的课程设计，使我们将所学的知识运用到实践当中，使得我们的知识更加扎实。在将来的社会当中，这样具有科学技术的设计将随处可见。第一章设计任务与要求1、设计任务设计一个8路数显报警器。2、设计要求及技术指标设计一个8路数显报警器，当8路中某一路断开时，显示该路编码，并发出音响；显示报警编码用一位LED数码管显示；报警存在优先级，在两个或两个以上报警条件符合时，只显示高优先级的编码。3、设计内容（1）、根据设计要求和技术指标给出合理的设计方案；（2）、画出系统的总体原理框图；（3）、选择元器件，并根据总体框图完成各单元电路的设计；（4）、计算电路图中的各参数；（5）、用Protel99SE等软件画出总体电路原理图和PCB版图；（6）、给出仿真结果；（7）、撰写课程设计说明书。4、要求人数及分工三人，每个同学的分工：总体设计方案，大家一起讨论决定具体分工：开关控制电路——————1个优先编码————————1个译码显示报警———————1个仿真大家一起完成第二章总体方案设计中北大学信息商务学院课程设计1、方案设计：如下图1所示，其中总开关起控制总电源的作用，八个控制开关分别为八个按钮，经过编码翻译，由译码器译出编码器的编码，从而在显示器显示数字，而译码器再连接555振荡电路，再与报警器相连，实现声音报警。图12、系统总设计框图2.1、设计框图系统总设计框图如图2所示，由开关的控制产生低电平输入到编码器74LS74再输入到译码器74LS48就点亮LED七段数显。开关的控制同时引起4068输出到555定时器的2引脚，3引脚输出高电平使警报器发出声音。控制开关74LS147编码器74LS40非门74LS48译码器74LS30输入与非门555定时器7段数码显报警器中北大学信息商务学院课程设计图22.2设计框图的工作流程接通电源后，分别按下开关，就有低电平输出到编码器和与非门，编码器就输入到译码器，再输入到数码显示管，与非门则输入到555定时器引起警报。第三章各芯片介绍3.1555芯片介绍3.1.1555芯片引脚如图3-1所示数码显示器555定时器报警器译码器非门编码器开关11开关22开关3开关4开关5开关6开关7开关8与非门非门电源中北大学信息商务学院课程设计图3-1555芯片引脚图1):12):2脚和63):3脚是5555):50.01uF6):77):8脚是Vcc端。3.1.2555定时器的功能表3-1定时器5G555的功能表输入输出U11U12RD￢U0V状态XX00导通2VCC/3VCC/310导通2VCC/3VCC/311截止2VCC/3VCC/31不变不变设TH和TR端的输入电压分别为u11和u12，5G555定时器的工作情况下：当U11UR1、U12UR2时,比较器C1和C2的输出uc1=0、uc2=1,基本RS触发器被置0,Q=0、Q=1,输出Uo=0,同时V导通。当U11UR1、U12UR2时,两个比较器输出uc1=1、uc2=0,基本RS触发器被置1,Q=1、Q=0,输出Uo=1,同时V导通。当U11UR1、U12UR2时,uc1=1、uc2=1,基本RS触发器置保持原状态不变。综上所述,5G555定时器的功能如表3-1所示。3.274LS48芯片的介绍3.2.174LS48芯片引脚图74LS48被称为集成显示译码器,用来驱动各种显示器件,从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观地显示出来的电路,称为显示译码器,其引脚图如图3-2所示。七段显示译码器74LS48功能表如表3-2所示。1):3、4、52):A、B、C、D74LS40的AQ、BQ、CQ、DQ端3):a、b、c、d、e、f、g图3-274LS48芯片3.2.274LS48功能表中北大学信息商务学院课程设计七段显示译码器74LS48功能表如表3-2所示。LT/——测试灯输入端。LT/=0(低电平有效)且BI/=1时,Ya-Yg输出均为1,显示器七段应全亮,否则说明显示器件有故障。正常译码显示时,LT应处于高电平,即LT=1。BI//RBO/——双重功能端。此端可作为输入信号端又可以作为输出信号端。作为输入端时是熄灭信号输入端BI/,利用BI/端可按照需要控制数码管显示或不显示。当BI/=0时(低电平有效)无论A3A2A1A0状态如何,Ya-Yg均为0,数码管不显示。当该端作为输出端时是灭零输出端RBO/.当RBI/=0,且A3A2A1A0=0000时,RBO/=0。RBI/——灭零输入端。该端的作用是将数码管显示的数字O熄灭。当RBI/=0(低电平有效)、LT/=1且A3A2A1A0=0000时,Ya-Yg均输出0,数码管不显示。3.374LS147芯片介绍3.3.174LS147芯片引脚图该实验中我们采用74LS147优先编码器。1）8、162)11、12、13、1、2、3、4、5、10脚分别对应输入I1~I93)9、7、6、14分别对应输出Y~Y3中北大学信息商务学院课程设计图3-374LS147的引脚排列3.3.274LS147芯片功能表3.4LED显示器3.4.1LED显示器引脚图通常所说的LED显示器如图3-4所示,由7个发光二极管组成,因此也称之为七段LED显示器。图3-4LED显示器图此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管(在图中以dp表示)，用于显示小数点。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。1):a、b、c、d、e、f、g、dp2):93.4.2LED功能表七段发光二极管，再加上一个数点位，共计八段。因此提供给LED显示器的字形代码正好一个字节。各代码位的对应关系如表3-4-1表3-4-1代码对应关系中北大学信息商务学院课程设计图3-4-2第四章各单元电路的设计4.1优先编码-译码-显示电路4.1.1优先编码-译码-显示电路的结构框图图4.14.1.2优先编码-译码-显示电路的工作原理总开关的改变把产生低电平，输入到编码电路，经过编码74LS147的编码后输入到译码电路，再经过译码74LS48的译码后，输入到LED数字显示器，从而显示数字。4.1.3优先编码-译码-显示电路图用8个双刀单砸开关输入到74LS147编码，再经过非门74LS04，输入到74LS48译码，再输入到LED显示，如图4.1所示中北大学信息商务学院课程设计图4-1优先编码-译码-显示电路图4.2555定时电路4.2.1定时电路的工作原理由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。触发电路由C1、R1构成，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端F输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2端。并使2端电位瞬时低于1/3VCC,低电平比较器动作,单稳态电路即开始一个暂态过程,电容C开始充电,VC按指数规律增长。当VC充电到2/3VCC时,高电平比较器动作,比较器A1翻转,输出V0从高电平返回低电平,放电开关管T重新导通,电容C上的电荷很快经放电开关管放电,暂态结束,恢复稳态,为下个触发脉冲的来到作好准备。暂稳态的持续时间tw(即为延时时间)决定于外接元件R、C值的大小。tw=1.1RC通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。此外尚须用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。4.2.2定时电路的参数计算暂稳态的持续时间tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C值的大小。tw=1.1RC令C=100uF，根据设计要求tw=60s，算出R=550K中北大学信息商务学院课程设计4.2.1定时电路图4.2.2工作波形图第五章电路仿真经过各单元电路的设计以后，原理图基本上己经完整了，现在对电路图进行仿真调试，本仿真是在multisim软件上仿真，分别是没有断路，有一路断路，多路断路的情况。图5.1.1没有断路的情况中北大学信息商务学院课程设计图5.1.21路断路的情况图5.1.35路断路的情况中北大学信息商务学院课程设计图5.1.45路和7路都断路且优先编码8路图5.1.4protel原理图中北大学信息商务学院课程设计图5.1.5protelPCB图5.1.6元件报表元器件清单元器件型号个数编码器74LS1471译码器74LS4818输入与非门74LS30174LS04非门74LS045555定时器LM555CM17段数码显示管/1蜂鸣器BUZZER(2.2V,0.05A)16000K电阻/10.01uf电容/1100uf电容/1双刀单闸开关SPDT9灯泡PROBE_BLUE1第六章实验总结中北大学信息商务学院课程设计在这次课程设计完毕之后，我体会颇多。从根本上使我真正认识到了做好一份课程设计并不是一件容易的事情。它不仅需要熟悉并掌握教材内容还要有很好的创新思维和动手能力。在这次设计的过程中，让我们学会了以前没有好好掌握的一些软件，在摸索该如何设计原理图使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我们的设计思维,增加了实际