数字式定时开关.docx

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数字式定时开关

电子信息工程学院

电子基础课程设计任务书

I、电子基础课程设计题目：

数字式定时开关

II、电子基础课程设计技术要求及主要元器件：

〖基本要求〗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。

〖提高要求〗l）输出部分加远距离（100m）继电器进行控制；2）延长定时时间；

3）探讨提高定时精度的方法

III、电子基础课程设计工作内容及进度安排：

2天查阅资料、确定方案；

6天设计调试；

2天写报告。

Ⅳ、主要参考资料：

【1】陈大钦.电子技术基础实验－电子电路实验•设计•仿真第二版.武汉：

华中理工大学.2000.

【2】彭介华.电子技术课程设计.北京：

高等教育出版社.2003.

【3】谢自美.电子线路设计•••实验•测试（第二版）.武汉：

华中科技大学出版社.2004.

专业名称：

班级学号：

、

学生姓名：

刘琦、刘勇

指导教师：

李翔文

设计时间：

1～2周

系（部、中心）主任：

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、控制器

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。

第一章实验内容及要求

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（100m）继电器进行控制

2.延长定时时间

第二章系统设计方案选择

2.1设计方案一：

由555芯片及其电阻、电容构成一个多谐振荡器，通过选用合适的电阻与电容产生一个连续的秒脉冲信号，作为计数器CD40192的时钟脉冲。

这里用的计数器为CD40192，其为十进制可逆计数器，最大计数范围是0～9秒。

本设计用的是定时九秒而且为减计数，预置数通过在计数器CD40192的地址输入端接四个开关来控制高低电位。

在计数器的LOAD端接一个开关来控制计数与停止计数，开关闭合电路处于计数状态，断开则电路处于置数状态。

通过在计数器输出的四个管脚处接一个四输入或门，或门的输出接蜂鸣的负端，四输入或门接一个非门，蜂鸣器的正极接非门的输出端，当计数值为0时蜂鸣器会自动报警。

计数器的输出与译码器4511BD的地址输入端相连，通过译码器的译码，在其输出端接一个共阴数码管来显示数字。

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：

T1=（R1+2R2）×ln2×C2。

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9。

CD40192是可预置BCD码的计数器，当MR为高电平时,计数器置0。

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CPu=“1”时，计数器加计数，当CPd=1时，计数器减计数。

可由

置数端和D0～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：

CPU

CPD

↑

加计数

↑

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：

（a）共阴连接（“1”电平驱动）（b）共阳连接（“0”电平驱动）

图3.2LED数码管

B．本设计的译码电路用的CD4511，它有16个管脚，脚A、B、C、D—8421BCD码输入端

脚a、b、c、d、e、f、g—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”；

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

显示字形

消隐

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。

第四章设计电路、参数计算

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）*ln2*C2；各参数的值：

R1=50k，R2=47k，C2=10μF，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=0.9981≈1s。

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、调试及调试结果与分析

在确定了电路、领好元器件之后，按电路图在PCB板上布好局。

先是555脉冲发生器及其电阻、电容，然后是计数器CD40192、开关、或门4072BD、非门、译码器和蜂鸣器，最后布的是数码管。

按高低顺序焊好元器件，由于元件不多，很快就完成了焊接任务。

在测试前先按电路图依次检查，看焊点是否为虚焊、是否有连错线的和检查是否有短路的地方。

经检查无误后将电源线与地线用导线接出来，接上5V的学生电源进行调试。

接上电源后数码管上显示的结果是：

开关K5断开时，由四个预置数开关进行置数，可从0～9进行置数，数码管的示数一直显示为预置的数；当K5闭合时，数码管上的数值由刚才预置的数开始减计数直到0，而且显示为0时蜂鸣器处于报警状态，发出警报；译码的数值为0，数码管一直显示0，而报警器一直报警；调整K5的通断又可以重复上面的过程。

分析：

通过控制K1、K2、K3和K4开关的通断来预置数，用K5的通断来控制是否计数，当倒计数为0时会自动报警并一直保持为0。

本设计因提高要求的元件实验室没有，故只做了基本要求的电路，实验结果所得各项指标均符合设计要求。

第六章心得体会

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固

我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。

实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。

而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

第七章参考文献

[1].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

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

[3].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

[4].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

附录

1.附件一

附表元件清单

序号

类型

型号或大小

数量

电阻

470Ω

47K50K

各1个

0.01Uf10uF

各1个

开关

普通开关

芯片

555

CD40192

CD4511

共阴LED数码管

蜂鸣器

普通

七段共阴数码管

2.附件二4511管脚排布图：

附图

附件三CD40192引脚图：

3.附件三

实验结果照片：

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