数字式定时开关.docx

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数字式定时开关

课程设计名称：

课程设计说明书

数字电路课程设计

课程设计题目：

数字式定时开关

学院名称：

信息工程学院

专业：

通信工程

班级：

学号：

姓名：

评分：

教师：

20年_9_月13_日

数字电路课程设计任务书

20丄-2012学年第1_学期第2周一3周

题目

［数字式定时开关

内容及要求

设计并制作一数字式定时开关，此开关采用BCD拨盘预置开关时间，其最大定时

时间为9秒，计数时采用倒计时的方式并通过一位LED数码管显示。

此开关预置时间以后通过另一按钮控制并进行倒计时，当时间显示为0时，开关发出开关信号，输出呈现高电平，开关处于开态，再按按钮时，倒计时又开始。

计时时间到驱动扬声器报警。

进度安排

1.布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：

3天；

2.领元器件、制作、焊接：

3天；

3.调试：

2.5天；

4.验收：

0.5天

学生姓名：

指导时间2011年9月5号一2011年9月13号

指导地点5楼508室

任务下达

2011年月日

任务完成

2011年9月12日

考核方式

1.评阅□2.答辩□3.实际操作口4.其它口

指导教师

张华南

系（部）主任

傅崇芳

注：

1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘要

数字式定时开关电路是起定时报警或者定时开关电器的电路，在日常生活中应用很广。

当今社会许多家用电器都有定时功能，定时可以节省能源，还可以提醒用户电器的工作状态，比如家用电扇有一个定时开关，在达到设定的时间后电动机会自动停止转动。

本组课程设计的题目是：

数字式定时开关。

用555芯片产生一个秒脉冲信号；555芯片的输出端接计数器CD40192的脉冲输入端，在CD40192的地址输入端接四个开关，通过调节开关的通断来改变预置的数值，这里计数器的计数方式为倒计数；计数器的输出端接到译码器4511BD的地址输入端，因为计数器的计数范围是9〜0,所以通过译码器后输出的数值为9〜0中的一个；在译码器的输出端接一个共阴数码管，用来显示倒计时。

在计数器的值为0时，报警电路自动报警，并且数码管一直显示为0，此时电路处于锁存状态，这样电路起到了计数、报警的作用。

本设计对数字式定时开关的工作原理和系统组成进行了介绍，对不同的实现方案进行了对比，然后在Multisim平台上进行了仿真分析，最后通过焊接和调试实际电路，验证了设计的可行性，达到设计要求。

最后对设计过程进行了总结。

关键字:

秒脉冲、倒计数、锁存、译码显示、蜂鸣器、控制电路

第一章设计内容及要求1

第二章系统设计方案2

2.1设计方案一：

2

2.2设计方案二2

第三章系统组成及工作原理3

3.1系统组成3

3.2工作原理5

第四章各单元电路设计及原理6

第五章实验、调试及分析7

第六章收获与心得体会9

第七章参考文献10

附录11

、八—

前言

随着社会的发展，科学技术的不断进步，对电子产品的性能要求也更高。

我们做为21世纪的一名学电子的大学生，不仅要将理论知识学会，更应该将其应用与我们的日常生活中去，使理论与实践很好的结合起来。

数字电路课程设计是电子技术学习中的一个非常重要的实践环节，能够真正检验我们是否完全吸收了所学的理论知识。

现在电子技术的发展很快,特别是新型集成电路、分立元件的不断投入市场，使得人们对电子技术应用的关注程度已大大超过了电子技术本身。

由于集成电路技术的诸多优点。

如省电,计时准确,性能稳定，价格低廉等。

在计时、自动报时及自动控制等领域发挥着重要的作用,在人们的日常生也愈加离不开数字化的各种家用电器，电子技术深入到人们生活的每一个角落。

工业生产及日常生活中有许多地方都需要对电器设备进行自动定时控制，这样数字式定时开关便显得特别重要，具有很高的实用价值。

像现在的一些家用电器：

如全自动洗衣机、闹钟和空调等都需要实现遥控开关定时控制的功能。

还有一些设备如果在设计时加上数字定时技术便能增强设备的性能，使之更加智能化。

虽然现在的数字定时开关很普遍，技术也很成熟，但其中的电路设计分析的思路及调试、排错的方法仍值得我们去学习和研究。

又因为其简单、易做、易设计，对材料无特别要求的特点，使得数字式定时开关的设计能广泛应用于数字电子技术课程设计中

第一章设计内容及要求

本课题要求设计制作一数字式定时开关，具体指标要求如下：

设计并制作一数字定时开关，此开关采用BCD拨盘预置开关时间。

其最大定时时间为9秒，计数时采用倒计时的方式并通过一位LED数码管显示。

此开关预置时间以后通过另一个按钮控制并进行倒计时，当时间显示为0时。

开关发出开关信号，输出端呈现高电平，开关处于开态，再按按钮时，倒计时又开始，计时时间到驱动扬声器报警。

图1.1数字式定时开关结构图提高要求：

1.输出部分加远距离（loom继电器进行控制

2.延长定时时间

第二章系统设计方案

2.1设计方案一:

由一个555芯片及其电容、电阻构成一个多谐振荡器，通过选定两个电阻（47KQ、

50KQ）和两个（10",o.oigF）电容产生一个连续的秒脉冲信号，作为计数器的时钟脉冲。

根据最大定时为9秒，定时预置可由四个单刀双掷开关控制输入电压。

CD40192实现减计数

功能，输入端连四个开关，其输出连CD4511输入实现译码功能，再由LED数码显示。

CD40192由置数端LD、清除端CR减法计数端CP控制其功能。

当时间显示为“0”时，即CD401921出为“0000”时，输出的四个低电平经门电路得到“1”高电平，加至报警电路鸣声报警。

2.2设计方案二

本方案主要由CD4060构成一个秒脉冲发生器，作为计数器的时钟脉冲源。

使用比较便宜的32768HZ晶体与CD4060电路构成如图2.1所示电路。

图2.1所示电路的电压范围为3〜18V,静态电流随电压的增大而增大，当供电电压为5V时，静态电流约0.25uA~5uA。

主

要考虑到在3.0V电池供电时的停振问题，故选用5V。

没有任何分频和其他多余器件，本身具有秒闪烁脉冲信号。

其它部分的电路与方案一的相同。

因为对方案二的电路不是很熟悉，所以我们选择了方案一的电路图，其清晰简便。

图2.1由CD4060构成的时钟脉冲源

第三章系统组成及工作原理

3.1系统组成

本系统主要由秒脉冲发生电路、定时电路、控制电路、译码显示电路和报警电路组成。

1.秒脉冲发生电路

该设计的秒脉冲发生电路由555芯片及其两个电阻R1、R2和两个电容C1、C2组成一

个多谐振荡器，通过调节R1、R2和C2的大小来设定输出的秒脉冲的频率，多谐振荡器的

振荡周期T1的计算公式为：

T仁（R1+2R2Xln2XC2

图3.1秒脉冲发生器电路图

2.定时电路

该设计的定时电路有CD40192组成，CD40192为十进制可逆计数器，计数范围是0〜9

秒,最大计数值为90CD40192是可预置BCD码的计数器，当MF为高电平时,计数器置0。

PL

为低电平时，计数器进行预置数操作，D0〜D3上的数据置入计数器中。

当CFU=“1”时，计

数器加计数，当CPd=1时，计数器减计数。

可由PL置数端和DC〜D3数据输入端完成数字定时功能，在0〜9内任意置数。

CD40192的功能表如表1所示：

MR

PL

CPU

CPD

D3

D2

D1

D0

Q3

Q2

Q1

Q0

1

X

X

X

X

X

X

X

\0

0

0

0

0

0

X

X

d

c

b

a

d

c

b

a

0

p

T

1

X

X

X

X

加计数

0

1

1

T

X

X

X

X

减计数

表1CD40192功能表

3.控制电路

本设计的控制电路主要由预置数开关K1、K2、K3、K4和控制是否置数的开关K5组成。

通过控制K1、K2、K3和K4的通断来改变预置数的大小，但最大的置数值为9,此时四个开关的状态为1001。

当开关K5断开时，计数器处于置数状态；当K5闭合时，计数器处于计数状态。

4.译码显示电路

本设计的译码电路选用CD4511进行译码，显示电路用7段共阴数码管。

计数器的输出端接译码器的四个地址输入端，经过CD4511的译码作用后，将译码器的七个输出端接七段共阴数码管的相应管脚。

CD4511具有锁存功能，当计数器的输出为0时，数码管的示数将保持在0,报警电路也将一直报警。

A.下面是数码管的示意图:

3.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LE=0时的

数值，LE=0为正常译码。

CD4511的功能表如表3.2所示：

表3.2CD4511功能表

输入输出

LE

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

显示字

形

X

X

0

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

X

0

1

X

X

X

X

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

1

1

1

X

X

X

X

锁存

锁存

CD511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管管脚之间串入限流电阻即可正常工

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。

5.报警电路

本设计的报警电路由一个蜂鸣器接在或非门的两端构成报警电路，当计数器的输出为

0000，即输出为0时，蜂鸣器发出报警声。

只有当输出都为0时，蜂鸣器的负端才为低电位，经过非门极接的才为高电位，这时候蜂鸣器才开始报警，而且数码管的示数一直停留在0。

或非门由一个四输入或门4072和一个非门构成。

3.2工作原理

本设计由秒脉冲发生器555、计数器CD40192译码显示电路、报警电路以及一些门电路和开关组成的控制电路所构成的。

其工作原理是由555定时器构成的多谐振荡电路作为

秒脉冲发生电路产生频率为1HZ的脉冲信号，将此脉冲信号输入计数器中，计数电路由

CD40192构成。

调节计数器的地址输入端接的开关K1、K2、K3和K4来实现预置数的功能，当控制计数和预置数的开关K5断开时，计数器预置数，闭合则进行计数。

利用CD40192的减计数端进行倒计数，计数范围是9〜0,计数器是每秒减一计数，直到减为0。

再通过CD4511译码器进行译码，然后由LED共阴数码管显示。

当译码器的输出端全为低电平时，数码管上显示的是“0”而四个低电平信号经过一个或非门电路可以得到一个高电平来驱动蜂鸣器。

这个高电平还能够反馈到计数器的清零端，使得计数器停止计数，数码管的显示停留在“0”也就是完成了锁存的功能。

第四章各单元电路设计及原理

1.设计电路

设计电路如图4.1所示：

图4.1电路原理图

2.参数计算

多谐振荡器的振荡周期T1计算公式为：

T1=（R1+2R2『In2*C2;各参数的值：

R1=50k,R2=47k,C2=10^F,C1按所学知识取为0.01UF;将各参数的值代入上面的计算公式得：

T1=0.9981Ms。

由此得到秒脉冲源输出的信号为1秒的脉冲，开关接的限流电阻取值为

10K，译码器与共阴数码管之间接的电阻大小为510欧。

经过仿真，该设计的参数选取符

合实验要求，能用于实验设计当中。

第五章实验、调试分析

（1）分析课题，然后根据自己的理解开始设计电路和查找相关芯片的资料，电路设计完成后，进行仿真。

（2）本次设计是采用焊接与调试同步进行，a.焊接完第一部分秒脉冲发生器后，接上电源用示波器观察555的输出端发现有秒脉冲产生，但是周期（T=（R1+2R2）*ln2*C2）没有1s，检查电路才发现仿真的原理图的C2太小，通过把C2改为10uf才达到要求。

b.计时部分和译码部分都焊完后，接上电源后，蜂鸣器一直在报警，数码管一直显示“0”没有倒计时且

不能置数，其它部分没有问题（示波器检查的结果）。

不能置数说明拨盘开关那有有问题，经过老师的点拨真的发现开关在焊接上有问题，不管开关打开是否，四输入端都一直处于高电平。

在开关的接一个电阻在接地不仅解决了这个问题，也解决了没有倒计时和一直显示的问题。

但是蜂鸣器还是一直报警，我想可能是蜂鸣器接反了，果不其然，把蜂鸣器反过来接后，它只有在数码管显示为0才报警。

但此时有一个更大的问题暴露了，那就是，当数码管显示为0不会停下来，无论置数是多少都是再从9开始倒计时。

也就是控制部分没有起到作用。

但是按理论来说，原理并没有问题。

那只有焊接的问题，检查完电路并没有问题。

把控制部分改几次都是这样的结果。

老师提出来的参考作用也并不大，最终没办法，只能这样交了。

第六章收获与心得体会

这是一次比较好的课程设计，将理论与实践很好的结合起来了，丰富了我们的学习生活，同时也加强了我们的动手能力。

其中包括了电路的设计，资料的查找，分析问题、解决问题的能力，并且是对焊接技术的一个很好的测试。

我们不能仅仅对着书找一个电路图，然后就照着焊接。

我们应该用自己所学的知识，努力的思考、分析，充分发挥自己的水平，完美地完成每项工作。

像在这次设计中，调试的时候数码管的显示不稳定，开始以为是这个数码管坏了，并没有考虑自己的焊接问题，后来经检查发现是自己焊得不牢，由于接触不良导致了这样的结果。

还有就是焊接的美观性，我们以前一直用导线连接，这会导致做出来的产品不美观,以后要学会用锡铺上去，以美化产品的外观。

任何一个电路都是由几个部分组成的，所以我们考虑错误的原因时，应该按模块分析,检查各个部分电路的正确性及参数的取值是否合理。

在遇到困难时，要冷静面对，认真对待每个细节，比如二极管的正负、管脚的接法等。

不能一味地求速度，要兼顾质量与效果。

经过努力，电路的设计最后还是完成了，虽然遇到了一些问题，但增强了我们分析问题和解决问题的能力。

通过课程设计，我们能更有效地掌握所学的知识，结合动手操作，可以加深我们对设计方法的掌握，有效地将理论运用于实际当中。

第七章参考文献

[1].阎石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社.2010.04

[2].赵珂、彭嵩等.脉冲与数字电路实验指导书.南昌航空大学电子信息工程学院实验实践中心.2008.01

[3].陈有卿.555时基集成电路原理与应用.机械工业出版社.2006.05

[4].陈永甫.多功能集成电路555经典应用实例（第二集）.电子工业出版社.2009.06

[5].孙余凯、吴鸣山、项绮明等.555时基电路识图.电子工业出版社.2007.01

[6].谢自美.电子线路综合设计（第一版）[M].武汉华.中科技大学出版社，2006

1•附件一

附表元件清单

序号

类型

型号或大小

数量

1

电阻

10K

5

2

510Q

7

3

50K

1

4

47K

1

5

开关

普通开关

5

6

-FP-LL.芯片

555

1

7

CD40192

1

8

CD4511

1

9

4072BD

1

10

74LS04

1

11

蜂鸣器

普通

1

12

七段共阴数码管

1

2•附件二4511管脚排布图:

附图

555芯片管脚图

CD40192芯片管脚图

74LS04芯片管脚

图

3•附件三电路图

3.附件三

实验结果照片：