数字电路设计——断线报警器的仿真与实物制作
目录
1.摘要
2.引言
3.设计要求
4.电路设计
4.1电源电路
4.2 触发电路
4.3 报警电路
4.4 计数电路
4.5 译码\驱动显电路设计
5.系统电路
5.1蜂鸣器工作电路
5.2计时器工作电路
附录
1.元件清单
2.实物图
1.摘要
本设计的核心电路是一个由NE555构成的多谐振荡电路，通过对其复位端合理地设置，来控制整个报警器的工作。该作品由两个模块构成，一个是蜂鸣器模块，提供报警声音以恐吓盗贼。一个是计时器模块，记录盗情发生的时间。计时器模块则由数码管、数码管驱动芯片CD4511、十进制计数器74LS160和一个秒脉冲发生电路构成。整个电路外接5V的直流电源，正常的时候，导线没有被触碰，复位端是低电平，NE555不工作，报警器不工作。当盗贼进入室内，碰断导线，复位端变为高电平，NE555开始震荡，报警器工作，蜂鸣器发出声音，计时器开始从0计时。若户主在凌晨4点发现报警器开关被触发，而计时器上显示1小时，则盗情发生时间则为凌晨3点。
2.引言
近年来人们生活水平提高了，家中的值钱物件也多了，但是大家的防盗意识并没有提高，某某市民家中遭贼的新闻频频爆出。为了降低盗情发生的几率、同时为了打击盗贼、维护市民人生财产安全，我设计了这款断线报警器。在报警器工作的状态下，只要有人进入室内、碰断了导线，则报警器被触发，发出巨大的声响，以此吓走盗贼并提醒户主。而且计时模块还能记录下盗情发生的时间，给民警破案提供线索。
3.设计要求
按照要求，则需要用一个开关来控制NE555多谐振荡器的复位端，使其在开关闭合的时候处于低电平状态（开关闭合相当于导线没有被触碰），在开关断开的时候处于高电平状态（开关断开相当于导线被小偷触碰、断开）。NE555的输出端接一个蜂鸣器，以便在NE555开始振荡的时候发出声音，另一片NE555的复位端与第一片NE555复位端相连，用于驱动计数、时间显示模块。当报警器被触发的时候，两个NE555同时工作，一个提供报警的声音，一个提供计数模块的时间脉冲，使时间显示模块正常工作。
4.电路设计
将整个系统分为六个模块，分别为电源电路、触发电路、报警电路、计数电路、译码电路、显示电路。
4.1电源电路
本电路使用的芯片工作电压都为5V，所以直接使用5V的直流电源就可以使电路正常工作。
4.2 触发电路
该模块采用一个微动开关来模拟导线断开的情况，正常时，开关闭合，电流经过R3，经S1到地，复位端为低电平，系统振荡器停振，系统不工作。开关断开后，VCC经R3到复位端，复位端为高电平，振荡器起振，电路正常工作。
4.3 报警电路
将蜂鸣器与NE555的输出端相连，当NE555起振以后，蜂鸣器输入端有电压，便开始发出声音。
4.4 计数电路
计数电路用十进制计数器74LS160实现，用于接收输入端的脉冲，并两两相连组成60进制、24进制的计数器，用于记录时间。
74LS160在时钟的上升沿计数，并在11,12,13,14,脚输出。当其置数端9为低电平时，将3,4,5,6,引脚的数输出到它的输出端。当其复位端1为低电平时，计数器清0.
4.5 译码\驱动显电路设计
（1）CD4511功能介绍：
CD4511是一块含BCD—七段锁存、译码、驱动、消隐电路于一体的集成电路，其引脚图如下图所示。
CD4511的1、2、6、7脚为BCD码的输入端，在本电路中用于输入二极管编码输出的BCD码；译码器输出端分别是“a-b-c-d-e-f-g”，其输出端接数码管显示，数码管每段的工作电流为10mA左右，所以必须在CD4511的输出端接上7个限流电阻，其阻值为510欧姆。按照要求，CD4511必须工作在两种状态中：计数、消隐。根据CD4511的真值表可知，`LT为测试端，`LT，为低电平时，输出全为1，显示“8”，此端可以用来测试数码管的好坏情况， LE为锁存端，高电平锁存，本制作`LE接低电平。
下图为CD4511真值表图，根据此表，可得知数码管显示数字为何值。
（2）数码管的功能介绍
电路中用的是共阴极的数码管，其判断原理是：当笔段接高电平，公共阴极接低电平时，相应的笔段可以发光。
使用CD4511译码提供电平给数码管，使其显示出所需的数字。7段数码管可以包括小数点的0～9的数字和部分的英文字母，为了获得不同的字符，数码管各段所加的电平也不同，编码也不一样。共阴极数码管的字型，字段和编码的关系如下表：
| 十进制数 | dp | g | f | e | d | c | b | a | 显示代码 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | １ | 0x3f |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | ０ | 0x06 |
| 2 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | １ | 0x5b |
| 3 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | １ | 0x4f |
| 4 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | ０ | 0x66 |
| 5 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | １ | 0x6d |
| 6 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | １ | 0x7d |
| 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | １ | 0x07 |
| 8 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | １ | 0x7f |
| 9 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | １ | 0x6f |
| . | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ０ | 0x80 |
5.系统电路
5.1蜂鸣器工作电路
5.2计时器工作电路
在实践中，只要在两片NE555的4脚设计一个排针，然后用杜邦线将两个排针连接即可实现报警模块和计时器模块同时工作，实现整个系统的功能：报警的同时计数。
附录
1.元件清单
10K电阻 2个
47K电阻 2个
0.01uF电容 2个
10uF电容 2个
NE555 2片
74LS160 6片
CD4511 6片
七段共阴数码管 6个
CD4069 3片
CD4011 3片
2.实物图
