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1、编号：079050241092本 科 毕 业 论 文题 目：可预置定时显示报警系统的设计 学 院：物理与电子信息学院 专 业：电子科学与技术 年级：07电子2班 姓 名： 指导教师： 完成日期：2011年6月3日 目 录中文摘要1英文摘要2引言31 总体设计32 单元电路设计32.1 控制电路32.2 秒脉冲发生电路52.3 定时电路82.3.1 计数电路82.3.2 存储电路 102.4 译码显示电路 112.4.1 数码管 112.4.2 译码驱动器 122.5 报警电路 143 整体电路 144 结语 16参考文献 17致谢 18个人简历 19内蒙古民族大学本科生毕业论文摘 要随着现代电
2、子技术的发展，有关定时方面的产品越来越丰富。本文基于数字集成电路设计了一定时器，具有可预置时间，显示，报警的功能。文章详细介绍了定时器各个组成部分选择及使用方法，系统各部分的工作原理。由振荡器产生周期1秒的方波，分别用来加计数，通过计数器后输出BCD码，BCD码经过译码器翻译在显示器上进性显示。首先，根据设计要求，设计电路原理方框图，然后，通过对电路原理的分析，对电路元件进行选择并设定相应的电图元件参数，最后，设计电路的接线图并对整个系统进行功能测试。整个系统通过划分，形成了多个简单的部分，使得复杂的系统得以简化。关键词：定时器；集成电路；可预置时间；报警。 1AbstractAlong wi
3、th the modern electronic technology development, the related aspect product more and more is fixed time rich.This article has designed a timer based on the digital integrated circuit, has may initialize the time, demonstrated, reports to the police function. The article in detail introduced the time
4、r each constituent choice and the application method, the system various part of principle of work.square-wave, he cycle of 1 second, by the oscillator , were used to increase count by the counter after the output BCD code, BCD code read encoder monitors progress of the translation in the show. Firs
5、t, according to designs the request, designs the circuitry block diagram, then, through to the circuitry analysis, carries on the choice and the hypothesis corresponding electrograph part parameter to the circuit element, finally, designs the electric circuit the wiring diagram and carries on the fu
6、nction test to the overall system. The overall system through the division, has formed many simple parts, causes the complex system to be able to simplify.Key Words：timer; integrated circuit; preset time; alarm.19引 言我们在日常生活中，经常碰到一些需要定时的事情，例如：印相或放大照片，需要定在零点几秒的时间，洗衣机洗涤衣物需要定在几分钟到几十分钟的时间，电风扇需要定在数十分钟的时间。
7、完成这种定时的定时器有多种多样，在家用电器中采用机械定时器就是根据一般上弦钟表原理设计的，这种定时器虽然结构简单，成本低，维修也比较方便，但是它的触头频繁接触和断开，大大的缩减了它的使用寿命，也不利于进一步全自动化。在电子技术突飞猛进的今天，电子定时器一定会逐步取而代之，这是不言而喻的。1 总体设计设计此定时器，可以预置时间。其最大定时时间为99秒，计数时采用正计时的方式并通过2位LED数码管显示。当时间计满时，驱动发光二极管报警。整个系统通过划分，形成了多个简单的部分，使得复杂的系统得以简化。这一系统具体分为五大主要部分：控制电路、秒脉冲发生器、定时电路、译码显示电路、报警电路。秒脉冲发生器
8、提供时间信号，定时电路由计数和存储电路共同实现定时功能，他们互相之间配合起来组成整个系统，实现数字定时开关的功能。如图1所示。秒脉冲发生器（产生秒脉冲）定时电路（计时功能）译码显示（译码显示时间）报警电路（定时报警功能）控制电路（控制开关及时间输入功能）图1 总体设计框图 Figure 1 Overall design diagram2 单元电路设计2.1 控制电路该部分主要由按键组成，利用按键控制各集成电路的控制引脚或信号通路达到控制目的。通过切换集成电路引脚的电平实现各种功能。如图2所示。图2 控制电路 Figure 2 steering circuitVCC0t电源电压电容与电阻间的节点
9、上的电压上电上电10ms后1.84V保存键：键入，会接通高电平到连接的存储电路，实现保存。C3和R3构成RC回路，利用在上电后对电容充电过程，在电阻上产生的高电平脉冲控制存储电路，实现上电存储初始化，存储的数为00。电容与电阻间的节点上的电压如图3所示。图3 上电初始化示意图Figure 3 Schematic diagram of power-on initialization脉冲宽度由RC的充电时间决定，只要小于最小计数时间1s,大于用于存储的74LS373芯片信号的建立时间30ns即可。74LS373输入高电平电压最低为2V，输入低电平电压最高为0.8V，粗略计算，取10F电容1K电阻，
10、计算得RC=10ms,即在上电10ms后，电容上将充有63.2%的电源电压，电容与电阻间的节点上的电压从Vcc下降到（1-63.2%）Vcc=1.84V，足以满足要求。复位键：连接到计数电路的复位端，接通高电平，即可实现复位。暂停键：通过切断时钟信号源，实现暂停。有两种情况可以暂停，按动开关或者定时时间到。7400上的一个与非门在这里作为开关使用，在定时时间未到时，与非门的输出与时钟信号反相，随着时钟信号变化而变化；当定时时间到，来自报警电路的低电平信号与时钟信号输入与非门，无论时钟信号的电平如何，与非门输出都为高电平，达到断时钟信号源实现暂停的目的。加减切换键：连接到计数电路的时钟输入的通道
11、，切换通道即可实现切换加、减计数方式。置数键：连接到计数电路的置数端，接通低电平，即可实现置数，数值由存储电路决定。同时也连接到报警电路的复位端，实现置数的的同时解除报警。2.2 秒脉冲发生电路 秒脉冲发生电路的核心是555集成电路。因输入端设计有三个5k的电阻而得名。555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。NE555是其中的一款产品。NE555的特点有： 1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源范围
12、极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。NE555引脚位配置如图4所示： 12345678 VCCTRQGNDTHRNE555DCVC图4 NE555引脚图Figure 4 NE555 pinPin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。Pin 3 (输出) -当
13、时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的
14、电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。NE555的内部电路如图5所示+C1C2&1QQ+VCCRTD5KW5KW5KWCOTHTRuOuD43718256图5 NE555的内部电路图Figure5 The internal circuit NE555555电路的内部电路图如图所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关TD，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比
15、较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2VCC /3和VCC/3。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过2VCC /3时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于VCC/3时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。由此引出功能表如下表1：表1 NE555定时器功能表输入输出阈值输入（vI1）触发输入（vI2）复位（）输出（vO）放电管T00导通10导通1不变不变用555定时器构成的秒脉冲发生器原理图如下图6所示：图6 秒脉冲发生器 Figure 6 Pulse generator
16、这是一种用555接成多谐振荡器接法。电容C1上的电压vc将在2VCC/3和VCC/3之间往复振荡，vc(Pin2)和vo(Pin3) 的波形如图7所示。2VCC/3VCC/300ttT1T2Tvo(Pin3)vC(Pin2)图7 vc(Pin2)和vo(Pin3) 的波形图Figure 7 vc(Pin2) and vo(Pin3) plot由图中vc(Pin2)的波形求得电容C的充电时间和放电时间各为故周期取T=1s,R1=R2 ,C=10F,则代入上式得R1=R2=48k。2.3 定时电路定时是由用户决定的，电路需要随时响应用户的操作，应该选择有异步工作的集成电路。定时电路由计数电路和存储
17、电路构成两部分组成，计数电路使用74LS192, 存储电路使用74LS737，可满足随时响应用户操作。2.3.1计数电路74LS192为可预置的十进制同步加、减计数器。192的清除端是异步的，当清除端(MR)为高电平时,不管时钟端状态如何，计数器置0。预置端是异步的，当预置端（PL）为低电平时，进行预置数操作，不管时钟状态如何，输出端（Q0Q3）可预置成与数据输入端（D0D3）相一致的状态。计数是同步的。在UP端、DN上升沿作用下Q0Q3同时变化。当UP端上升沿时，计数器加一计数；当DN端上升沿时，计数器减一计数。计数状态图如图8所示。0123456715141312111098图8 计数状态
18、图Figure 8 Count state diagram当计数上溢出时，进位输出端输出一个低电平脉冲，宽度与UP端的低电平宽度一致。当计数下溢出时，借位输出端输出一个低电平脉冲，宽度与DN端的低电平宽度一致。其引脚图161514131211104912345678 VCCQ1Q0Q3GNDQ2DND0UPTCDD2D3TCUD1PL74LS192MR如图9所示。图9 74LS192引脚图 Figure 9 74LS192 pin功能表如下表2所示： 表2 74LS192功能表清零预置时钟预置数据输入输 出MRUPDND3D2D1D0Q3Q2Q1Q0HLLLLL0ABCDABCDLHH加计数L
19、HH减计数由PL置数端和D0D3同步数据输入端可实现预置数功能。进位输出端（TCU）接到第二片的UP端，借位输出端（TUD）接到第二片的DN端，实现两片的级联。UP端和DN端在不使用时需要接上高电平，所以在第一片加上上拉电阻；由于第一片的TCU 端和TUD端平时已经是高电平，所以第二片不需要上拉电阻。74LS的输入高电平电流IIH为20A,经过10k的电阻的压降为0.2V，剩下4.8V，还是高电平，满足需要。电路如图10所示。图10计数电路Figure 10 counting circuit2.3.2 存储电路74LS373为三态输出的八 D锁存器, 引脚如图11所示。 20191817161
20、514131212345678910OE VCCGNDLEQ1Q0D2D3Q3Q2D1D0Q6Q7D5D4Q4Q5D6D71174LS373图11 74LS373引脚图Figure 11 74LS373 pin当三态允许控制端 OE 为低电平时，OO7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。真值表如下表3：表3 74LS373真值表DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻
21、态D0D7依次接到两片192的输出端，Q0Q7接到两片192的预置端，电路如图12所示。图12 存储电路Figure 12 storage circuit2.4 译码显示电路译码显示电路选用CD4511进行译码，选用共阴LED数码管进行显示。2.4.1数码管LED数码管是目前最常用的数字显示器，图13(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，图14为实物图。 (a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 共阳连接（“0”电平驱动）图13 LED 结构图Figure 13 LED structure chart图14 LED数码管实物图Figure 14 LED digital tube physic
22、al map一个LED数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为22.5V，每个发光二极管的点亮电流在510mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。2.4.2 译码驱动器此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CD4511（共阴）等，本设计采用CD4511 BCD码锁存七段译码驱动器。驱动共阴极LED数码管。图15为CD4511引脚排列：16151413121110
23、4912345678 VDDCLTAVSSDBIQFLEQAQDQEQBBQCCD4511QG图15 CD4511的引脚图 Figure 15 CD4511pin其中：A、B、C、D BCD码输入端QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。 测试输入端，“0”时，译码输出全为“1” 消隐输入端，“0”时，译码输出全为“0”LE 锁定端，LE“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE0时的数值，LE0为正常译码。CD4511的功能表如下表：表4 CD4511的功能表输 入输 出DCBAQAQBQCQDdQEQFQG显示LHHHH
24、HHH8LHLLLLLLL消隐LHHLLLLHHHHHHL0LHHLLLHLHHLLLL1LHHLLHLHHLHHLH2LHHLLHHHHHHLLH3LHHLHLLLHHLHHL4LHHLHLHHLHHLHH5LHHLHHLLLHHHHH6LHHLHHHHHHLLLL7LHHHLLLHHHHHHH8LHHHLLHHHHLLHH9LHHHLHLLLLLLLL消隐LHHHLHHLLLLLLL消隐LHHHHLLLLLLLLL消隐LHHHHLHLLLLLLL消隐LHHHHHLLLLLLLL消隐LHHHHHHLLLLLLL消隐HHH锁存锁存CD4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限
25、流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。译码显示电路如图16所示。图16 译码显示电路Figure 16 Coding display circuit2.5 报警电路用D触发器实现。初始状态，数据输入D端的处于高电平。当计数时间到，不论是来自加计数还是减计数的低电平脉冲，经过与非门后，将产生上升沿驱动D触发器，则数据输出端输出高电平，驱动LED灯发光；同时由反相输出端输出信号经过E_CLK去阻塞时钟信号，实现显示时间暂停。只有置数键按下导致R端为低电平，LED才能熄灭。报警电路如图17所示。图17 报警电路Figure 17 Alarm cir
26、cuits3 整体电路整体电路如图18所示。图18 整体电路Figure18 whole circuit系统使用方法：复位键任意时刻按下，显示将变为00。暂停键, 带自锁，任意时刻按下，将显示的数值暂停，放开继续。保存键任意时刻按下，将保存当时显示的数值。开机初始值是00。置数键任意时刻按下，将从已保存的数值开始计时，并熄灭报警LED。进行计数时，拨动加减切换键，可改变数值增减方向。加计时满99后，报警亮，停止计数，显示为00；减计时达00后，报警亮，停止计数，显示为99。4 结语经过proteus软件仿真，证实系统的可预置时间、显示、报警功能可行，符合设计的要求。系统层次分明，结构简单紧凑，
27、操作简单明了。可以本系统的某个部分电路修改或更换，而不影响其他部分的功能。修改系统的秒脉冲发生器上的R1、R2或C1的参数，即可改变定时器的精度，具有一定的研究价值和应用价值。本系统亦可独立作为一个模块应用到其他系统中。文章没有提供电源的设计，是不足之处。参考文献1郝鸿安，徐红媛，555集成电路实用大全。上海： 上海科学普及出版社，1996，1517。2黄继昌等，实用单元电路及其应用。北京：人民邮电出版社，2000，323330。3(美)斯柯斯著，蔡声镇译，发明者电子设计宝典。 福州：福建科学技术出版社，2004，346347。4阎石.数字电子技术基础。（第五版），北京：高等教育出版社，200
28、6，237239。致 谢我要感谢老师们以及在本学习期间所有教过我的老师们，是你们教导与经验给我打下了知识基础，也促使了我论文的顺利完成。这是一篇我花了很多心思的论文，由于初次接触毕业论文的原因，我在写作时常犯大大小小的毛病，这多亏了我的指导老师白老师给我的多次提醒和指导，才使我有这个成果。比起白老师来说，她比我们每个学子花的心思都多，我再次由衷感谢白老师。白老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，还领会了基本的思考方式。从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,让我在大学最后的一次大写作中学到很多以前没有学到的知识，使我的大学更圆满了。还有2007电子专业的全部同学，是你们构筑了浓厚的学术氛围与和谐的集体环境，让我能满怀信心地挑战每一个困难。且行且珍惜，在今后的人生道路上，希望我们都能取得更大的进步与成绩。个人简介姓名：韦咏甲性别：男出生日期：1988年11月8日籍贯：广西武鸣民族：壮族专业：电子信息科学与技术毕业学校：内蒙古民族大学