开关报警电路.docx

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开关报警电路

<<数字电子技术>>

课程设计报告

题目：

开关报警电路_

专业：

电气工程及其自动化

年级：

2010级

学号：

_**********

学生姓名：

联系电话：

指导老师：

完成日期：

2012年5月20日

开关报警电路

摘要

利用74LS00P、74LS04P、74LS08P、74LS32P、发光二极管、有源蜂鸣器元件，制作开关报警器电路，实现设备有开关A、B、C，要求仅在开关A接通的情况下，开关B才接通，开关C在开关B接通情况下才接通，违反这一规程，则发出报警信号。

开关接通时也要有光报警。

经测试，系统达到预期的的要求，具有声光报警、结构简单、运行稳定的优点。

除此主要功能外，电路还存在一些拓展功能。

当开关B接电源Vcc且开关C接地时，将开关A接时钟脉冲信号，则电路将会输出与输入时钟脉冲反向的脉冲信号。

关键词：

与非门；与门；反相器；声光报警

ABSTRACT

Use74LS00P,74LS04P,74LS08P,74LS32P,led（light-emittingdiode）,activebuzzercomponents,andmakingtheswitchalarmcircuit,realizetheequipmenthasswitchA,BandC,requirementsinAconnectedonlyswitch,switchBjustgetthrough,switchCswitchBthroughinitisconnected,violationsoftherules,thenissuedAwarningsignal.Switchisalsowanttohavelightalarming.Thetesting,thesystemtoachievetheexpecteddemand,withsoundandlightalarm,simplestructure,stableoperationadvantages.

KeyWords:

 nandgate;andgate;inverter;soundandlightalarm.

目　录

1设计要求及方案选择

1.1设计要求

某设备有开关A、B、C，要求仅在开关A接通的情况下，开关B才接通，开关C在开关B接通情况下才接通，违反这一规程，则发出报警信号。

开关接通时也要有光报警。

可自行扩展其要求。

1.2方案选择

图1-2开关报警器结构图

2理论分析与设计

2.1相关元器件的功能及简介

与非门

实验设计电路的与非门选用芯片74LS00P。

74LS00P为四2输入与非门，其逻辑表达式为：

L=AB。

其功能表如表2-1-1所示，其管脚图如图2-1-1所示，其中1A－4A，1B－4B为输入端，1Y－4Y为输出端。

表2-1-174LS00P功能表

A

B

L

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

图2-1-174LS00P管脚图

非门

实验设计电路的非门选用芯片74LS04P。

74LS04P为六反相器，其逻辑表达式为：

L=A。

其功能表如表2-1-2所示，其管脚图如图2-1-2所示，其中1A－6A为输入端，1Y－6Y为输出端。

表2-1-274LS04P功能表

A

L

0

1

1

0

图2-1-274LS04P管脚图

与门

实验设计电路的与门选用芯片74LS08P。

74LS08P为双输入四与门，其逻辑表达式为：

L=AB。

其功能表如表2-1-3所示，其管脚图如图2-1-3所示，其中1A－4A，1B－4B为输入端，1Y－4Y为输出端。

表2-1-374LS08P功能表

A

B

L

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

图2-1-374LS08P管脚图

或门

　　或门又称“或电路”。

执行“或”运算的基本门电路，有几个输入端，只有一个输出端。

只要输入中有一个为“1”电平时，输出就为“1”电平，只有当所有的输入全为“0”电平时，输出才为“0”电平。

“或”门用“OR”表示。

实验设计电路的或门选用二输入或门芯片74LS32P。

或门表达式为∶F=A+B，其功能表如表2-1-4所示。

表2-1-474LS32P功能表

A

B

L

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

蜂鸣器及发光二极管

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，常简写为LED。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。

当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。

常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

发光二极管的反向击穿电压约5伏。

它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。

本实验设计电路选用蜂鸣器及发光二极管共同构成声光报警电路。

2.2电路的分析

根据题要求，用逻辑门来实现电路功能。

首先规定：

开关开用逻辑高电平1来表示，开关断用逻辑低电平0来表示。

用Y来表示报警信号。

当Y=0时表示操作正确，若操作错误W=1即报警。

根据以上我们可以得到如下的真值表：

A

B

C

Y

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

0

由真值表得到的A,B,C与W的逻辑关系：

根据真值表列写卡诺图，如下所示：

0

1

1

1

0

1

0

0

化简卡诺图可得：

3　电路设计

3.1硬件电路的设计

根据逻辑电路分析后得到的Y的逻辑表达式，将其用与非门表示出来，得到的初步逻辑电路图如图3-1-1所示：

图3-1-1初步逻辑电路图

其中，单刀双掷开关用来接高低电平，发光二极管用来显示报警信号。

通过测试，该电路基本符合设计要求。

但是由以上的表达式

知道，表达式之中出现了互补信号

，当其跳变时电路将会产生竞争冒险现象，其表现为一尖脉冲，如图3-1-2所示。

图3-1-2竞争冒险现象波形

这就是我们平常所说的尖峰脉冲。

实际上，信号通过连线及集成门都有一定的延迟时间，也可能有前后快慢的差异。

由于从输入到输出的过程中，不同通路上门的级数不同，或者门电路平均延迟时间的差异，使信号从输入经不同通路传输到输出级的时间不同。

因而引起了上面的情况。

解决竞争冒险，一是加滤波电路，二是加选通信号，三是增加冗余项。

在这里，我们将通过为其增加冗余项来解决竞争冒险现象。

根据其卡诺图可知，

，其中，

叫做该表达式的冗余项。

根据此逻辑表达式连接电路图，得到改进的电路图如图3-1-3所示。

图3-1-3解决竞争冒险电路

按照以上改进的电路图，进行仿真，发现当B跳变时，尖峰脉冲不再出现，因此可以确定，竞争冒险消除了。

操作正确即电路不报警时，电路的输出波形如下图3-1-4所示。

图3-1-4操作正确输出波形

操作错误即电路报警时，电路的输出波形如下图3-1-5所示。

图3-1-5操作错误输出波形

综上分析，可知改进后的电路满足要求。

3.2电路扩展

对电路图进行改动，将开关A接时钟脉冲信号，开关B接电源Vcc，开关C接地，则输出Y的波形即为一与输入时钟脉冲反向的脉冲信号。

拓展电路图如下图3-2-1所示。

图3-2-1扩展电路

其输出波形如下图3-2-2所示。

图3-2-2扩展电路输出波形

4总原理图及元器件清单

4.1总原理图、PCB图

图4-1-1总原理图

图4-1-2PCB图

4.2元件清单

表4-2元件清单

元件序号

型号

主要参数

数量

U1

74LS00

电源电压最大:

5.25V电源电压最小:

4.75V

1

U2

74LS04

电源电压最大:

5.25V电源电压最小:

4.75V

1

U3

74LS08

电源电压最大:

5.25V电源电压最小:

4.75V

1

U4

74LS32

电源电压最大:

5.25V电源电压最小:

4.75V

1

U5

有源蜂鸣器5V

电压范围：

4-8V额定电流：

≤32mA

1

D1、D2

5MM绿色绿LED

参考电压：

1.9——2.5V参考电流：

4mA——14mA

2

D3

5MM红色绿LED

参考电压：

1.9——2.5V参考电流：

4mA——14mA

1

S1、S2、S3、S4

拨动开关三只脚

---------------------------------------------------------------

4

5安装与调试

5.1安装前的准备

经过电路的理论分析并设计出电路原理图后，使用Multisim软件仿真电路原理图，可以实现设计中要求达到的功能。

接着用protel99se设计出对应的原理图（如图4-1-1），画pcb图制作好电路板，买全所需的元件后，进入电路焊接和实物的调试阶段。

5.2电路安装与调试的工具材料

电路的安装与调试用到的工具有数字万用表，电烙铁，剪线钳，镊子，剥线钳，5V直流电源、吸锡器。

用到的材料主要有焊锡，松香，铜导线，电路中用到的各种芯片、元件。

5.3电路元件的焊接原则

电路元件的安装最基本要求就是可靠的安装好各元件，电路能正常工作。

在此基础之上尽量将电路焊接得美观。

焊接元件时，要根据元件的大小、温度敏感度，合理安排各元件的焊接顺序。

尽量避免落焊、虚焊。

为了确保各元件正确焊接好，减轻检查电路的繁杂度，可以采用边焊接边检查的方式，每焊接好一个元件或一个功能模块，就用万用表检查元件的各引脚是否焊通，各引脚间、引脚与铜线是否短路，这比全部焊接好再检查电路更加可靠，电路的正确安装率大大提高。

总之，在焊接元件时要遵守以下几条原则：

（1）安装元件前，应检查一下电路板印制铜线是否有短路，有的先用焊丝补好。

（2）安装前，先规划一下如何安装最简便，易于操作，制定好各元件的安装的次序。

（3）采取分模块的安装，将电路分成一个个模块，逐个模块进行，像本课程设计的数字钟，采用分功能模块设计，安装时先将各个功能模块安装好，再将各个功能模块连接在一起。

（4）安装元件时，遵从先矮后接高、先小后大、先焊接耐焊的焊接原则，优先把跳线焊好。

（5）焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温，电烙铁绝对不能停留太久。

5.4调试结果

将电路图做成实物，测试：

将开关T拨到报警电路端，在接通开关A的条件下，开关B接通，一只绿色的LED灯亮，然后开关C在开关B接通的条件下接通，两只绿色的LED灯亮。

违反这一操作规程，则发出报警信号，红色LED灯亮、蜂鸣器鸣响，与此同时，两只绿色LED灯灭。

将开关T拨到扩展电路端，在时钟脉冲输入端输入时钟脉冲，将时钟脉冲输出端与输入端都接入示波器，观察发现输出与输入时钟脉冲反向的脉冲信号。

设计的电路达到了预期的效果，符合要求。

6总结

通过这些天对用与非门设计一开关报警控制电路的设计，使我对数字电子技术基础课程有了更深一步的了解，同时发现了自己的很多不足，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还亟需提高。

同时，经过这次课程设计，我们对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我们学到了不少实用的东西，对于一些专业基础课有了更深层次的掌握，并且提高了动手能力和独立解决问题的能力。

此次的基础强化训练，不仅让我加深了对数字电子电路理论知识的理解，同时熟悉了proteus、protel99se软件应用。

诸多在此次学习到的知识或是能力必将有用于之后的学习或是将来的工作，这也是此次的基础强化训练的目的所在。

总而言之，此次的础强化训练不但锻炼了我们最基本的数字电路的设计能力，更重要的是让我们更深刻的认识了数字电子技术基础课程在实际中的应用。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社，2006.

[2]周新民.工程实践与训练教程[M].武汉理工大学出版社，2009.

[3]罗中华.数字电路与逻辑设计[M].清华大学出版社，2004.

[4]熊幸明.电工电子技能训练[M].电子工业出版社，2004.

[5]清源计算机工作室.protel99se原理图与pcb及仿真[M].北京：

机械工业出版社，2004.