数字式定时开关课设报告.docx
《数字式定时开关课设报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字式定时开关课设报告.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
数字式定时开关课设报告
课程设计说明书
课程设计名称：
数字电路课程设计
课程设计题目：
数字式定时开关的设计
学院名称：
信息工程学院
专业：
通信工程班级：
090423
学号：
09042306姓名：
高易通
评分：
教师：
张小林
2011年9月20日
数字电路课程设计任务书
2012－2013学年第1学期 第6周－8周
题目
数字式定时开关
内容及要求
〖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
进度安排
1.仿真、画PCB线路板图、领元器件：
2天；
2.制作、焊接：
1天
3．调试：
2天
4.验收：
0.5天
5.提交报告：
2010-2011学年第一学期9～11周
学生姓名：
指导时间：
第周
指导地点：
楼室
任务下达
年月日
任务完成
年月日
考核方式
1.评阅
2.答辩
3.实际操作
4.其它
指导教师
系（部）主任
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
摘要
本次数字电路课程设计是一个数字式定时开关，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BCD拨盘预置开关时间，其最大定时时间9秒，计时是采用倒计时的方式通过一位LED数码管译码显示，通过拨码开关预置一个时间，再通过计数器倒计时方式进行计数，当达到某一个时间时，发出一个信号，进而来控制电器的工作，我们设计的就是当倒计时为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，开关处于开泰，再按按钮，到计时开始。
计时时间到驱动扬声器报警。
关键词：
定时开关、报警、BCD码、译码显示
前言
随着电子技术的发展,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生活用品，电子技术深入到社会生活的各个角落。
工业生产中许多地方都需要对电器设备进行自动控制，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，像现在的一些家电如全自动洗衣机、空调等都需要实现开关定时控制这样的功能。
还有一些设备如果在设计时加上数字定时技术便会更加提高设备的性能，使之更加自动化、智能化。
数字电子技术是一门实践性和应用性都很强的课程，因此在学习课程理论知识的同时，应重视和加强实践训练，要注重对技术应用能力的培养，使理论和实践紧密结合，融为一体，通过本次课程设计还学到了分析、查寻、和排除故障的方法。
第一章设计内容及要求
一、课程设计要求
1、基本要求
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。
2、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
3）探讨提高定时精度的方法
图1-1数字式定时开关结构图
第二章系统设计方案选择
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（47KΩ、50KΩ）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，定时预置可由四个单刀双掷开关控制输入预置数。
74LS192实现减计数功能，输入端连四个开关，其输出连CD4511芯片输入实现译码功能，再由LED数码显示计数。
74LS192由置数端
、清除端CR、减法计数端CPD控制其功能。
当时间显示为“0”时，即CD40192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。
2.2设计方案二：
7CD40192具有和74LS192芯片相同的管脚与功能，且对应相同。
据此我们采用两个芯片的对换来实行两种方案的选择。
2.3方案选择：
根据课程设计时老师所提供的芯片情况，我们采用方案一进行设计，其仿真结果下：
图2-1
图2-2
第三章工作原理
3.1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，功能各不相同，整个电路组装在一起，共同实现数字定时开关的功能。
3.2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74LS192构成，利用74LS192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CD4511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。
第四章单元电路设计、参数计算、器件选择
4.1控制电路
利用74LS192的减计数端（Q1、Q2、Q3、Q4）进行信号控制，四个开关作为置数和倒计时的控制。
4.2秒脉冲发生电路
图4-1秒脉冲发生器
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=50kR2=47kC2=10μF
将各参数的值代入上面的计算公式得：
T1=0.9981≈1s
则可得到1秒的脉冲。
4.3计数器
图4-2引脚排列 图4-3逻辑符号
图中：
为置数端，
为加计数端，
为减计数端，
为非同步进位输出端，
为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，
为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
其功能表如下：
4.4译码显示电路
译码显示电路选用CD4511进行译码，选用共阴LED数码管进行显示。
如图所示
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8-2-2-5（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。
（a）共阴连接（“1”电平驱动）（b）共阳连接（“0”电平驱动）
图4-4LED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CC4511BCD码锁存／七段译码／驱动器。
驱动共阴极LED数码管。
图.4.2.2为CD4511引脚排列，其中：
图4-5CD4511的引脚图
A、B、C、D—BCD码输入端
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”
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功能表
输入
输出
LE
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示字形
×
×
0
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
×
0
1
×
×
×
×
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
×
×
×
×
锁存
锁存
表4.4.2为CD511功能表。
CD511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。
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。
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CD40192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。
第五章调试即测试结果分析
实验调试：
本次实验，经过几天的努力，终于如期的按照设计的原理图的布置焊接完好。
在本次的焊接工作中，主要由我的搭档完成焊接工作。
在焊接的过程中，我的工作是检查焊接时是否有错焊、漏焊，每焊一次，我都会核对电路原理图来检查焊接是否正确。
当焊接完成时，我们既惊喜又忐忑，惊喜的是这几天的努力终于将焊板完成，忐忑的是我们谁也不知道到底能不能做成功。
当我们将焊板接上电源后，我们发现数码管不亮，没什么反应。
于是，我们将焊板进行分模块检查。
首先，我们检查了秒冲信号部分，即主要由555所控制的振荡部分，发现工作良好。
于是，我们继续检查其后面的部分，发现在555之后的电路接收不到有效的信号，即秒脉冲。
接着，我们用万用表一步步检查各元器件管脚之间，555与后面电路的衔接之间用万用表进行了电压测量，最后终于发现问题的所在，原来是555的输出端没有接入到后面的电路，以至于电路工作不正常。
当我们将555与后面的电路连接上了的时候，再接上电源，发现电路正常工作，即满足了本次课程设计的要求：
预置数定时功能，预置数定时功能，预置数定时功能，重置数循环功能。
实验测试结果分析：
本次的试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导致没有什么实验现象，但是经过我们的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。
实验心得：
本次的课程设计为时一个半周，虽然时间不长，但是也让我受益颇多。
首先，本次的课程设计让我对我们所学的专业基础课，即数字电路的一些知识有了一个更加深的认识；其次，本次实验由于芯片的种类有限，所以在设计电路原理图时必须要有多个方案，以便有常见的芯片可以进行替换；再次，本次课程设计我们组用到了CMOS型的芯片，而我们平时做实验时只涉及到了74系列的芯片，所以这次无疑是让我的知识面更加的宽广；最后，本次的课设是以组为单位，这让我的合作意识得到了加强。
总的来说，此次的课程设计让我学到了不少东西。
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.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.
附录一：
焊接成品图
正面图
背面图
附录二：
元件清单
555
555定时器
1个
74LS192
可预置BCD码计数器
1个
CD4511
BCD码7段译码器
555
74LS04
14脚
1个
R
电阻1K
7个
R1
电阻51K
1个
R2
电阻47K
1个
R3
电阻100欧
1个
C1
电解电容10UF
1个
C2
电容0.1UF
1个
插槽
八脚
1个
插槽
十六脚
2个
插槽
14脚
1个
LED数码管
共阴LED数码管
1个
蜂鸣器
5V
1个
按键开关
1个
升级会员 