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数字式定时开关

课程设计报告

课程名称___________________________________

数字式定时开关的设计

设计题目___________________________________

专业___________________________________

班级___________________________________

学号___________________________________

姓名___________________________________

完成日期___________________________________

课程设计任务书

数字式定时开关的设计

设计题目：

___________________________________________

设计内容与要求：

设计一个定时开关，实现对电器等设备的自动定时控制。

数字式定时开关是由控制电路、脉冲发生电路、计数器、译码显示电路及报警电路五部分组成。

此开关采用74LS192进行置数。

其最大定时时间是9秒，计数时采用倒计时的方式并通过一位LED数码管显示。

此开关预置一个时间以后再通过另一个按钮控制并进行倒计时，当倒计时为0时，一直处于0状态，并且开关发出开关信号，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。

要求：

预置数字定时功能，重置数循环功能。

分为以下几部分：

（1）设置秒脉冲发生电路；

（2）设置定时电路；（3）设置控制电路；（4）设置译码显示电路；（5）设置报警电路；（6）画出电路图。

指导教师：

2014年6月3日

课程设计评语

成绩：

指导教师：

_______________

年月日

1概述

随着电子技术的发展，人们的生活日趋数字化，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度已经大大超过了电子技术本身。

而且由于集成电路技术的诸多优点，比如省电、计时准确、稳定性高、价格低廉等，因而在计时、自动报时及自动控制等领域发挥着重要作用，故人们的日常生活离不开数字化产品，譬如对多功能的数字开关有了新的需求。

在工业生产中有许多地方都需要电子设备进行自动控制，例如数字式定时开关。

这种具有很高的实用价值、价格比较低廉的电子产品，包含于各种大小家电产品，像全自动洗衣机、空调等都有开关定时这样的功能。

使用数字式定时开关能够使一些电子产品更加自动化、智能化。

因此引发了人们对这一数字式的定时开关的相关研究。

同时，数字式定时开关需要在数字电子技术这一课程的基础上进行研究设计。

数字电子技术是一门实践性和应用性都很强的课程，因此必须在学好课程理论知识的同时，重视和加强实践训练，注重对技术应用能力的培养，使理论知识和实践紧密结合，融为一体。

此次有关于数字定时开关的研究内容主要包括以下内容：

（1）用555芯片、电容、电阻构成秒脉冲信号发生器；

（2）秒脉冲信号发生器的输出端接计数器的脉冲输入端，在计数器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；

（3）计数器的输出端接到译码器的地址输入端，译码器的输出端接一个共阴数码管，用来显示倒计时；

（4）计数器为0时，报警电路自动报警。

2数字式定时开关的设计方案

2.1数字式定时开关的功能和结构

1.数字式定时开关的功能需求

本课题研究的数字定时开关，顾名思义，应满足数字化、定时的特点。

要达到数字化，应运用一些芯片，结合数字技术课程的基础来实现。

定时功能，通过计数器置数和译码器等来达到，同时，为了方便看出这结果，设置了报警功能，定时时间一到，蜂鸣器发声。

2.数字式定时开关的结构组成

根据数字定式时开关的功能需求分析，设计了数字式定时开关的系统组成。

这一系统具体分为五大主要部分：

控制电路、秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路、报警电路。

这五部分都是环环相扣的，在整个电路中每个部分都不可或缺，但又起到各自不同的功能，整个电路组装在一起，成为整个系统，共同实现数字定时开关的功能。

在这里设计了数字定时开关的框架图。

如图2-1所示。

图2-1数字式定时开关结构图

2.2数字式定时开关的方案

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（47KΩ、51KΩ）和两个瓷片电容（10μF，0.01μF）产生一个连续的秒脉冲信号，作为计数器的时钟秒脉冲。

根据最大定时为9秒，定时预置可由四个开关控制输入预置数。

74LS192（74LS192D）实现减计数功能，输入端连四个开关，其输出连4511BD芯片输入实现译码功能，再由LED数码显示计数。

74LS192D由置数端

、清除端CLR、减法计数端DOWN控制其功能。

当时间显示为“0”时，即74LS192D输出为“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。

3数字式定时开关的工作原理

数字式定时开关由秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路、报警电路以及一些门电路和开关按钮组成的控制电路所构成的。

其工作原理是由555芯片构成的多谐振荡电路作为秒脉冲发生电路产生一个脉冲信号，并将此脉冲信号输入计数电路，计数电路由74LS192D构成，利用74LS192D的减计数端进行倒计数，计数范围是0—9。

由于输入的脉冲信号的频率接近一秒，计数器是每一秒减一计数，再通过4511BD译码器进行译码并由LED共阴数码管显示。

报警电路可由一个高电平信号驱动蜂鸣器报警。

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并保持，数码管的显示停留在“0”。

用到一个按钮开关控制计数器的清零端，使得再按按钮时，倒计时又开始，完成整个基本的循环要求，从而实现数字式定时开关的功能。

4单元电路设计

4.1控制电路

利用74LS192D的减计数端（S1、S2、S3、S4）进行信号控制，四个开关作为置数和倒计时的控制。

如图4-1所示。

图4-1控制开关

4.2秒脉冲发生电路

秒脉冲发生电路由555定时器与相应电阻和电容组成，电阻电容参数值计算如公式

（1），发生器原理图如图4-1所示。

图4-2秒脉冲发生器

多谐振荡器的振荡周期T计算公式为：

T=（R1+2R2）*ln2*C1

（1）

各参数的值：

R1=51k，R2=47k，C21=10μF，将各参数的值代入上面的计算公式得：

T=1.015≈1s

则可得到1秒的脉冲。

4.3计数器

计数器采用74LS192D芯片，芯片的逻辑符号如图4-3所示。

图4-374LS192D的逻辑符号

图中：

为置数端，UP为加计数端，DOWN为减计数端，

为非同步进位输出端，

为非同步借位输出端，A、B、C、D为计数器输入端，CLR为清除端，QA、QB、QC、QD为数据输出端。

74LS192D功能表如表4-1所示。

表4-174LS192D功能表×

输入

输出

CLR

DOWN

加计数

减计数

4.4译码显示电路

1.译码显示电路选用4511BD芯片进行译码，选用共阴LED数码管进行显示，限流电阻起到保护、稳定作用。

译码显示电路如图4-4所示。

图4-4数码显示译码器原理图

2、数码显示译码器

（1）七段发光二极管（LED）数码管

LED数码管是目前最常用的数字显示器，图4-5（a）、（b）为共阴管和共阳管的电路，（c）为两种不同出线形式的引出脚功能图。

一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。

小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。

LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。

图（a）共阴连接（“1“电平驱动）图（b）共阳连接（“0“电平驱动）

图（c）符号及引脚功能

图４-5LED数码管

（2）BCD码七段译码驱动器

此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验系采用4511BDBCD码锁存／七段译码／驱动器。

驱动共阴极LED数码管。

图4-6为4511BD逻辑符号，

图４-64511BD逻辑符号

其中：

①DA、DB、DC、DD—BCD码输入端，DA为最低位。

②OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG—译码输出端，输出高电平“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。

所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。

③

—测试输入端，

＝“0”即低电平时，译码输出全为“1”，显示器一直显示数码字形“

”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障；在

端加高电平时，显示器正常显示。

④

—消隐输入端，

＝“0”即低电平时，译码输出全为“0”，无显示字形，所有笔段均消隐；正常显示时，应加高电平。

⑤LE—锁定端，LE＝“1”即高电平时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE＝0时的数值；LE＝“0“时为正常译码。

芯片4511BD功能表如表4-2所示。

表４-24511BD功能表

输入

输出

显示字形

消隐

锁存

4511BD内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。

限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻译码器还有拒伪码功能，当输入码超过十进制数9（1001）时，输出全为“0”，显示字形消隐，数码管熄灭。

4.5报警电路

报警电路选用连接一个蜂鸣器够成报警电路。

当74LS192的输出全为“0”时，经过门电路得到一个高电平驱动报警电路工作。

只要四个输出有一个是高电平则得到的是一个低电平。

到了“0”，蜂鸣器报警。

没到“0”，不报警。

报警电路如图4-5所示。

图４-5报警电路图

5调试及测试结果

实验调试：

本次实验主要以电路仿真为主，经过一个星期的不懈努力，终于如期完成了数字式定时开关的设计。

在设计过程中，同伴们充分发挥聪明才智，一起讨论设计了电路，之后在大致了解了原理的情况下，我们一同进行修改、完善电路，进行总结，书写报告。

这次在设计过程中出现了很多问题，例如多次出现显示器不显示数和频闪的情况，导致过程不太顺利，但还是坚持了下来。

首先，检查脉冲信号部分，即主要由555所控制的震荡部分，发现工作良好。

接着，我们用multisim仿真软件里的示波器一步步检验各个输出端的信号，检查是否输出正常，最后终于发现信号发生部分频率过快，从而导致显示器显示不稳定，出现频闪。

随后我们经过计算，重新设定了各个部分的参数，同时，为确保电路正常，在输出端与数码管笔段之间串入了限流电阻，重新连接了显示部分。

当我们把各个线路搭建完善并检查无误后，重新启动开关，发现电路正常工作，即满足了设计要求：

预置数字定时功能，重置数循环功能。

实验测试结果：

本次的实验整体来说还是比较成功的。

虽然一开始由于我们工作的不细心，思考不周到，导致没有什么实验现象，显示器不出现示数，但是经过我们的反复调试及时发现了问题并且进行了改正，改正之后的实验现象与题目要求吻合，符合本次实验的基本要求。

电路显示结果示意图：

图5-1

图5-2

图5-3

6心得体会

本次课程设计实验，经过一周的努力，终于按照想法设计出框图，并且在仿真软件中连接好。

虽然过程不如意，不是一帆风顺的，但还是让我受益颇多。

第一，本次的课程设计是以组为单位，分工合作，互帮互助，这让我的合作意识得到了加强，在而且安装元件时有些问题没有考虑周到，做了以后才明白要顾全大局；第二，本次实验由于在仿真软件中的芯片种类有限，有些芯片即使功能一样，但没有接触过，所以在设计电路原理图时，不时搜查资料，充分了解同一功能，不同种类的芯片以便有一些芯片可以在multisim软件中找到，连接电路更加方便，这使得我的知识面更加的宽广，对芯片的了解更加深入；第三，本次的课设让我对数字电路的一些知识有了一个更加深的认识，较好的掌握了数字电子技术的知识。

同时，通过此次课程设计，使我了解到知识不是学了就能灵活的，必须要不断的尝试，不断的失败，才能真正理解它，才会灵活运用它。

实践很重要，它是检验真理的标准。

在这次课设的整个过程中，让我锻炼了勤于思考、独立思考、团结合作以及查阅各种文献的能力，对日后的学习有很大的帮助，自己的水平有了很大的提高。

参考文献

[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[M].武汉：

华中理工大学，2000.

[2]彭介华.电子技术课程设计[M].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）[M].武汉：

华中科技大学出版社，2004.

[4]阎石.数字电子技术基础第五版[M].北京：

高等教育出版社，2006.

附录一：

电路连接图

附录二：

元件清单

555

555定时器

1个

74LS192D

可预置BCD码计数器

1个

4511BD

BCD码7段译码器

1个

74LS04D

14脚

1个

R10～R14

电阻1K

5个

电阻51K

1个

电阻47K

1个

R3～R9

电阻510欧

7个

电解电容10UF

1个

电容0.01UF

1个

LED数码管

共阴LED数码管

1个

蜂鸣器

BUZZER2000Hz

1个

单置开关

5个

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