八路呼叫器的设计 .doc
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1、 八路呼叫器 目 录摘要.3第一章 八路呼叫器设计任务、要求和方案.41.1设计题目.41.2设计任务与要求.41.2.1设计任务.41.2.2典型模块与主要元件.41.3设计方案.41.3.1设计要求.41.3.2工作原理.4第二章 单元电路设计.62.1输入回路.62.2锁存器控制电路.82.3七段LED数码管显示电路.10第三章 总电路图及其原理说明.163.1输入锁存.163.2编码和译码显示.163.3报警系统.16第四章 仿真和电路调试及其分析.174.1仿真结果及分析.174.2调试电路及其分析.17第五章 八路呼叫器总电路原理图和仿真图.18结论.20参考文献.21致谢.22附
2、录.23 摘要本文的八路呼叫器电路由四大部分组成:输入回路、锁存器控制电路、七段LED数码管显示电路和声光报警系统。八路呼叫器是利用以74LS系列集成芯片组成电路各个部分,实现对八路呼叫的电子控制。通过采用74LS373锁存器和74LS148编码器构成八路呼叫器的核心组成部分,形成对信号的锁存。采用74LS48译码器对二进制数进行译码再发送到七段显示器,形成对路组的显示,其中加入74LS83四位全加器对输入的二进制数加一使显示路组符合按键的数码。采用发光二极管、三极管和喇叭组成声光报警系统,其中三极管用来对信号进行功率放大。八路呼叫器由按键S1-S8来进行呼叫,它是利用每一路按键的通断来达到呼
3、叫的目的。八路呼叫器的电源只有5V,使电路实现了低耗和方便。电路其中有的元件因为本身问题,为了防止电流过大对元件造成烧坏,要在元件前面加上限流电阻。这样对保证电路能够安全的工作。借助Multisim软件对单元电路以及总体电路进行了仿真分析,设计中运用Multisim软件绘制了单元电路,Protel 99SE软件绘制了总体电路图,圆满的实现了电路对八路呼叫器的功能。 【关键词】 八路呼叫器、输入回路、锁存器的控制电路、七段数码显示电路、声光报警系统 第一章 八路呼叫器设计任务、要求和方案1.1设计题目八路呼叫器的设计、制作与调试1.2设计任务与要求1.2.1设计任务:呼叫器设置为八路,当某一路有
4、呼叫时,能显示该电路的编号,同时给出声光报警信号。报警信号可以手动切除。1.2.2典型模块与主要元件: 74LS148*1;74LS373*2;CD4511*1;NE555*1;74LS00*2;74LS48*1;74LS30; 74LS32*1;74LS04*1;74LS83*1;七段LED数码管;其他电阻、按键、电容、三极管等。1.3设计方案1.3.1设计要点根据课题设计的要求,呼叫器为八路,所以用七段LED数码管显示。当有某一路呼叫时要显示这一路的编码,所以要准确判断并把呼叫的信号锁存。实现这一功能可用锁存器74LS373等来完成。当电路形成呼叫信号之后,七段LED数码管显示出呼叫这一路
5、的组别,而且LED显示这一路的灯亮。利用鉴别出的呼叫信号,控制一个具有两种工作频率交替工作的音频振荡器,推动扬声器发出两种笛声音响,表示报警成功。1.3.2工作原理 锁存器输入信号都是同一电平时,锁存器控制电路的输出信号使锁存器打开,这时锁存器输入端的信号送往相应的输出端。当有一输入端的电平发生跳变时,其对应输出端电平也随着发生变化,此变化的输出电平送入锁存器控制电路,控制电路立即产生控制信号封锁锁存器,让锁存器进入锁存工作状态。此时,无论哪个输入端电平发生变化,锁存器各个输出端电平保持不变。发生变化的输出端,经过编码器编码后,将相关信息由译码器送入七段LED数码管显示器,显示相应的组别。同时
6、点亮LED,并发出响声。呼叫器电路组成原理图如图1.3.2所示。呼叫开关锁存器编码器译码器数码显示指示控制指示灯锁存控制音频控制音频发生蜂鸣器 图1.3.2 电路组成原理框图 第二章 单元电路设计整个呼叫器电路组成主要包括输入回路、锁存器控制电路、七段LED数码管显示电路、LED指示灯和蜂鸣器报警提示电路等。2.1输入回路 输入回路由电源、电阻、锁存器和按键组成。电源5V锁存器用74LS373。当八路锁存器74LS373的LE端为高电平时,锁存器输入端D0-D7的电平能直接送到相应的输出端Q0-Q7;当LE端变为低电平时,锁存器封锁,即锁存器输入端的电平不能送到相应的输出端,各输出端保持封锁前
7、的电平,其电路如图4.2.2所示。 图4.2.2 锁存控制与译码电路图74LS373锁存器的说明:74LS373是八D锁存器(3S,锁存允许输入有回环特性) ,常应用在地址锁存及输出口的扩展中。 74LS373是低功耗肖特基TTL8D锁存器,74LS373内有8个相同的D型(三态同相)锁存器,由两个控制端(11脚G或EN;1脚OUT、CONT、OE)控制。当OE接地时,若G为高电平,74LS373接收由PPU输出的地址信号;如果G为低电平,则将地址信号锁存。工作原理:74LS373的输出端O0O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时,O0O7为正常逻辑状态,可用来驱动负载或总线。当
8、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。74LS373引脚(管脚)图: 74LS373引脚图74LS373内部逻辑图: 74LS73内部逻辑图 74LS373真值表 G 输出Q0 0保持原输入1 0 输出=输入X 1 高阻状态2.2锁存器控制电路 锁存器控制电路由74LS32,74LS373,74LS04,74LS30组成。当74LS32一个输入接电源时,74LS373的LE端为高电平,各输入端的高电平直接送到相应的输出端,此时八输入端与非门74
9、LS30输出端为低电平,经过一个非门74LS04后变成高电平,由或门送到74LS373的LE控制端。当八个呼叫器开关S1-S8中有一个先按下时,其对应的D端为低电平,此电平送到锁存器相应的输出端,因而八输入端的与非门74LS30的8各输入端中有一为低电平,导致其输出端为高电平,经过74LS04后变为低电平,使LE控制端为低电平,74LS373执行锁存功能,这时如果有按键按下,锁存器的输出端也不会跟着改变,从而实现了自锁,其电路如图4.2.2所示。 74LS32的说明: 74LS32是四2输入或门,常用在各种数字电路以及单片机系统中。 表达式为:Y=A+B 引脚排列图管脚功能:左下1-1A,2-
10、1B, 3-1Y;4-2A,5-2B,6-2Y;7-GND; 右起:右上8-3Y,9-3A,10-3B;11-4Y,12-4A, 13-4B;14-VCC 其中A,B为输入端,Y为输出端,GND为电源负极,VCC为电源正极。74LS32引脚图 74LS32中的或门74LS32真值表ABO00001110111174LS30的说明: 74LS30是八输入与非门,其中芯片除了输入信号全部是高电平,输出才是低电平。其他的信号输入输出的都是高电平。下面是引脚图:74LS30引脚图 74LS04的功能说明: 74LS04是六组反相器。每一组为一个非门。引出端符号1A6A输入端1Y6Y输出端逻辑图: 74
11、LS04引脚图 功能表:2.3七段LED数码显示电路 锁存在锁存器输入端的低电平送到优先编码器74LS148进行编码,编成的二进制代码再送到BCD码七段译码驱动器74LS48,最后送到共阴极的七段数码管,显示相应的数字。当八个按键都没有按下时,由于锁存器输出端都是低电平,因此数码管不显示。为了解决按键编号与显示一致的问题,在74LS48的前面接有一个4位全加器74LS83,其电路如图4.3.3所示。 图4.3.3数码显示电路74LS148的说明:74LS148 8线-3线二进制优先编码器在优先编码器电路中,允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时,已经将所有的输入信号按优先顺序排了
12、队。在同时存在两个或两个以上输入信号时,优先编码器只按优先级高的输入信号编码,优先级低的信号则不起作用。 74148是一个八线-三线优先级编码器。如图所示的是八线-三线编码器74148的惯用符号及管脚图引脚图。 74LS148引脚图74148优先编码器为16脚的集成芯片,除电源脚VCC(16)和GND(8)外,其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中I0I7为输入信号,A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号,IE是使能输入端,OE是使能输出端,GS为片优先编码输出端。 由74148真值表可列输出逻辑方程为: A2 = (I4+I5+I6+I7)IE A1 = (I2I4I5+I3I4I5
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