数字式定时开关

1、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：R基本要求1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。R提高要求11）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

2、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.刘琦、刘勇李翔文专业名称： 班级学号：二学生姓名:指导教师:设计时间: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

3、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90,所以通过译码器后输出的数值为90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

4、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 6第一章实验内容及要求 7第二章系统设计方案选择 82.1 设计方案一： 82.2 设计方案二 8第三章 系统组成及工作原理 93.1 系统组成 93.2 工作原理 12第四章设计电路、参数计算 13第五章 实验、调试及调试结果与分析 14第六章心得体会 15第七章参考文献 16附 录 16数字式定时开关数字式定时开关、夕 4刖百随着社会的发展，科学技术的不断进

5、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

6、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

7、时开关，此开关采用BCD®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

8、为 CD40192,其 为十进制可逆计数器，最大计数范围是 09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

9、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 318V,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0.25 uA5uA 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，具清晰简便。ciHR1ICMC2十.11诬I-InRVHTALJT:32768R2470K每120个脉冲11012C1MCOUTCOUTRST45A7S9-D234QQQQQ

10、Q5Q1516141315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 X ln2 X C2。VCC60.01J1F| 1。座秒脉冲发生器图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

11、是 09 秒，最大计数值为9。CD401921可预置BC则的计数器，当M助高电平时，计数器置0。PL 为低电平时，计数器进行预置数操作，D0D3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PL置数端和DgD3数据输入端完成数字定时功能，在09内任意置数。CD40192的功能表如表1所示:MRPLCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXxXX1000000XXdcbadcba01T1xXxx加计数011xXXX减计数表1 CD40192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

12、的开关 K5组成。9,此时四个开 计数器处于计计数器的输出通过控制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 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, 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。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 A.下面是数码管的示意图：V x SZ 立 V V V 5?工rr-0 SZ“卫K'Z

13、 M（a）共阴连接（“1”电平驱动）共阳连接（“0”电平驱动）M(b)0 c hM图 3.2 LEDB.本设计的译码电路用的 CD4511数码管它有16个管脚,脚A B C D 8421BCM输入端脚a b、c、d、e f、g 一译码输出端，输出1”有效,用来驱动共阴极LED数码管。1. LT 测试输入端，LT= "0”时，译码输出全为“ 1”；2. Bi 一消隐输入端，百="0”时，译码输出全为“ 0”;3. LE 一锁定端，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

14、3.2 CD4511 功能表输入输 出LEBTLTDCBAabcdefg显示字形XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐011000011111101-101100010110000101100101101101a01100111111001301101000110011u01101011011011S01101100011111b0110111111000001110001111111S01110011110011q01110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000

15、消隐01111110000000消隐111XXXX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

16、、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与成。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勺减计数端进行倒计数，计数范围是90,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

17、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1.设计电路设计电路如图4.1所示：设计电路、参数计算»占VEt： OCtDU 丁国 皿CCCI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=10F, 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 Mso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

18、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

19、数，可从 09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00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

20、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