數(shù)字式定時開關(guān)..

1、課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱：數(shù)字電路課程設(shè)計課程設(shè)計題目：數(shù)字式定時開關(guān)學(xué)院名稱：信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程 班級：學(xué)號： 姓名：評分：教師：20年_9_月日數(shù)字電路課程設(shè)計任務(wù)書20丄 -2012學(xué)年 第1_學(xué)期 第 2 周一 3 周題目數(shù)字式定時開關(guān)內(nèi)容及要求設(shè)計并制作一數(shù)字式定時開關(guān)，此開關(guān)采用BCD撥盤預(yù)置開關(guān)時間，其最大定時時間為9秒，計數(shù)時采用倒計時的方式并通過一位 LED數(shù)碼管顯示。此開關(guān)預(yù)置時間以 后通過另一按鈕控制并進行倒計時， 當(dāng)時間顯示為0時，開關(guān)發(fā)出開關(guān)信號，輸出呈現(xiàn) 高電平，開關(guān)處于開態(tài)，再按按鈕時，倒計時又開始。計時時間到驅(qū)動揚聲器報警。進度安排1. 布置任務(wù)、查閱

2、資料、選擇方案，領(lǐng)儀器設(shè)備：3天；2. 領(lǐng)元器件、制作、焊接：3天；3. 調(diào)試：2.5天；4. 驗收：0.5天學(xué)生姓名：指導(dǎo)時間2011年9月5號一2011年9月13號指導(dǎo)地點5樓508室任務(wù)下達20 11年 月日任務(wù)完成20 11年9月12日考核方式1.評閱 2. 答辯 3.實際操作口4.其它口指導(dǎo)教師張華南系（部）主任傅崇芳注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設(shè)計結(jié)束后與“課程設(shè)計小結(jié)”、“學(xué)生成績單” 一并交院教務(wù)存檔。摘要數(shù)字式定時開關(guān)電路是起定時報警或者定時開關(guān)電器的電路，在日常生活中應(yīng)用很廣。 當(dāng)今社會許多家用電器都有定時功能，定時可

3、以節(jié)省能源，還可以提醒用戶電器的工作狀 態(tài)，比如家用電扇有一個定時開關(guān)，在達到設(shè)定的時間后電動機會自動停止轉(zhuǎn)動。本組課程設(shè)計的題目是：數(shù)字式定時開關(guān)。用 555 芯片產(chǎn)生一個秒脈沖信號； 555 芯片 的輸出端接計數(shù)器CD40192的脈沖輸入端，在CD40192的地址輸入端接四個開關(guān)，通過調(diào) 節(jié)開關(guān)的通斷來改變預(yù)置的數(shù)值，這里計數(shù)器的計數(shù)方式為倒計數(shù)；計數(shù)器的輸出端接到 譯碼器4511BD的地址輸入端，因為計數(shù)器的計數(shù)范圍是90,所以通過譯碼器后輸出的數(shù) 值為90中的一個；在譯碼器的輸出端接一個共陰數(shù)碼管，用來顯示倒計時。在計數(shù)器的 值為 0 時，報警電路自動報警，并且數(shù)碼管一直顯示為 0，此

4、時電路處于鎖存狀態(tài)，這樣電 路起到了計數(shù)、報警的作用。本設(shè)計對數(shù)字式定時開關(guān)的工作原理和系統(tǒng)組成進行了介紹，對不同的實現(xiàn)方案進行 了對比，然后在 Multisim 平臺上進行了仿真分析，最后通過焊接和調(diào)試實際電路，驗證了 設(shè)計的可行性，達到設(shè)計要求。最后對設(shè)計過程進行了總結(jié)。關(guān)鍵字: 秒脈沖、倒計數(shù)、鎖存、譯碼顯示、蜂鳴器、控制電路目錄第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求 1第二章 系統(tǒng)設(shè)計方案 22.1 設(shè)計方案一： . 22.2 設(shè)計方案二 2第三章 系統(tǒng)組成及工作原理 33.1 系統(tǒng)組成 . 33.2 工作原理 . 5第四章 各單元電路設(shè)計及原理 6第五章 實驗、調(diào)試及分析 7第六章 收獲與心得體會

5、9第七章 參考文獻 10附 錄 . 11數(shù)字式定時開關(guān)數(shù)字式定時開關(guān)隨著社會的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進步，對電子產(chǎn)品的性能要求也更高。我們做為21世紀(jì)的一名學(xué)電子的大學(xué)生，不僅要將理論知識學(xué)會，更應(yīng)該將其應(yīng)用與我們的日常生活 中去，使理論與實踐很好的結(jié)合起來。數(shù)字電路課程設(shè)計是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中的一個非常重 要的實踐環(huán)節(jié)，能夠真正檢驗我們是否完全吸收了所學(xué)的理論知識?，F(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展很快，特別是新型集成電路、分立元件的不斷投入市場，使得人們 對電子技術(shù)應(yīng)用的關(guān)注程度已大大超過了電子技術(shù)本身。由于集成電路技術(shù)的諸多優(yōu)點。 如省電，計時準(zhǔn)確,性能穩(wěn)定，價格低廉等。在計時、自動報時及自動控制等領(lǐng)域發(fā)揮著

6、重 要的作用，在人們的日常生也愈加離不開數(shù)字化的各種家用電器，電子技術(shù)深入到人們生活的每一個角落。工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中有許多地方都需要對電器設(shè)備進行自動定時控制，這樣數(shù)字式 定時開關(guān)便顯得特別重要，具有很高的實用價值。像現(xiàn)在的一些家用電器：如全自動洗衣 機、鬧鐘和空調(diào)等都需要實現(xiàn)遙控開關(guān)定時控制的功能。還有一些設(shè)備如果在設(shè)計時加上 數(shù)字定時技術(shù)便能增強設(shè)備的性能，使之更加智能化。雖然現(xiàn)在的數(shù)字定時開關(guān)很普遍，技術(shù)也很成熟，但其中的電路設(shè)計分析的思路及調(diào) 試、排錯的方法仍值得我們?nèi)W(xué)習(xí)和研究。又因為其簡單、易做、易設(shè)計，對材料無特別 要求的特點，使得數(shù)字式定時開關(guān)的設(shè)計能廣泛應(yīng)用于數(shù)字電子技術(shù)課

7、程設(shè)計中第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求本課題要求設(shè)計制作一數(shù)字式定時開關(guān)，具體指標(biāo)要求如下：設(shè)計并制作一數(shù)字定時開關(guān)，此開關(guān)采用BCD撥盤預(yù)置開關(guān)時間。其最大定時時間為9 秒，計數(shù)時采用倒計時的方式并通過一位 LED數(shù)碼管顯示。此開關(guān)預(yù)置時間以后通過另一 個按鈕控制并進行倒計時，當(dāng)時間顯示為 0時。開關(guān)發(fā)出開關(guān)信號，輸出端呈現(xiàn)高電平， 開關(guān)處于開態(tài)，再按按鈕時，倒計時又開始，計時時間到驅(qū)動揚聲器報警。圖1.1 數(shù)字式定時開關(guān)結(jié)構(gòu)圖提高要求：1. 輸出部分加遠距離（loom繼電器進行控制2. 延長定時時間第二章系統(tǒng)設(shè)計方案2.1設(shè)計方案一：由一個555芯片及其電容、電阻構(gòu)成一個多諧振蕩器，通過選定兩個電

8、阻(47KQ、50 KQ)和兩個(10, o.oi gF)電容產(chǎn)生一個連續(xù)的秒脈沖信號，作為計數(shù)器的時鐘脈沖。 根據(jù)最大定時為9秒，定時預(yù)置可由四個單刀雙擲開關(guān)控制輸入電壓。CD40192實現(xiàn)減計數(shù)功能，輸入端連四個開關(guān)，其輸出連 CD4511輸入實現(xiàn)譯碼功能，再由LED數(shù)碼顯示。CD40192由置數(shù)端LD、清除端CR減法計數(shù)端CP控制其功能。當(dāng)時間顯示為“ 0” 時，即CD401921出為“ 0000”時，輸出的四個低電平經(jīng)門電路得到“ 1”高電平，加至報 警電路鳴聲報警。2.2 設(shè)計方案二本方案主要由CD4060構(gòu)成一個秒脈沖發(fā)生器，作為計數(shù)器的時鐘脈沖源。使用比較 便宜的32768HZ晶

9、體與CD4060電路構(gòu)成如圖2.1所示電路。圖2.1所示電路的電壓范圍為 318V，靜態(tài)電流隨電壓的增大而增大，當(dāng)供電電壓為 5V時，靜態(tài)電流約0.25 uA5uA 主要考慮到在3.0V電池供電時的停振問題，故選用 5V。沒有任何分頻和其他多余器件， 本身具有秒閃爍脈沖信號。其它部分的電路與方案一的相同。因為對方案二的電路不是很熟悉，所以我們選擇了方案一的電路圖，其清晰簡便。Cl15pF10MR1 |Y11CFYSTAL11C2R3JT:32768 _9-fc_1047OK12CINCOUTCOUTRST10K4567890234QQQQQQQ1Q1Q1Q1CD4060圖2.1由CD4060構(gòu)

10、成的時鐘脈沖源第三章系統(tǒng)組成及工作原理3.1系統(tǒng)組成本系統(tǒng)主要由秒脈沖發(fā)生電路、定時電路、控制電路、譯碼顯示電路和報警電路組成1. 秒脈沖發(fā)生電路該設(shè)計的秒脈沖發(fā)生電路由555芯片及其兩個電阻R1、R2和兩個電容C1、C2組成一個多諧振蕩器，通過調(diào)節(jié) R1、R2和C2的大小來設(shè)定輸出的秒脈沖的頻率，多諧振蕩器的振蕩周期T1的計算公式為：T仁（R1+2R2 X ln2 X C2R150kOVCC+5VNE555R24_kCi lOftiT0.01|lF秒脈沖發(fā)工器X圖3.1秒脈沖發(fā)生器電路圖2. 定時電路該設(shè)計的定時電路有 CD40192組成，CD40192為十進制可逆計數(shù)器，計數(shù)范圍是 09秒

11、,最大計數(shù)值為90 CD40192是可預(yù)置BCD碼的計數(shù)器，當(dāng)MF為高電平時,計數(shù)器置0。PL 為低電平時，計數(shù)器進行預(yù)置數(shù)操作，D0D3上的數(shù)據(jù)置入計數(shù)器中。當(dāng)CFU= “ 1”時，計 數(shù)器加計數(shù)，當(dāng)CPd=1時，計數(shù)器減計數(shù)。可由PL置數(shù)端和DCD3數(shù)據(jù)輸入端完成數(shù)字定時功能，在09內(nèi)任意置數(shù)。CD40192的功能表如表1所示:MRPLCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba0pT1XXXX加計數(shù)011TXXXX減計數(shù)表1 CD40192功能表3. 控制電路9,此時四個開 計數(shù)器處于計本設(shè)計的控制電路主要由預(yù)置數(shù)開關(guān) K1、K2、K3、K

12、4和控制是否置數(shù)的開關(guān) K5組成。 通過控制K1、K2、K3和K4的通斷來改變預(yù)置數(shù)的大小，但最大的置數(shù)值為 關(guān)的狀態(tài)為1001。當(dāng)開關(guān)K5斷開時，計數(shù)器處于置數(shù)狀態(tài)；當(dāng) K5閉合時， 數(shù)狀態(tài)4. 譯碼顯示電路計數(shù)器的輸出本設(shè)計的譯碼電路選用CD4511進行譯碼，顯示電路用7段共陰數(shù)碼管。警。端接譯碼器的四個地址輸入端，經(jīng)過 CD4511的譯碼作用后，將譯碼器的七個輸出端接七段 共陰數(shù)碼管的相應(yīng)管腳。CD4511具有鎖存功能，當(dāng)計數(shù)器的輸出為 0時，數(shù)碼管的示數(shù)將 保持在0,報警電路也將一直報A.下面是數(shù)碼管的示意圖：（a）共陰連接（“1”電平驅(qū)動）丄rr-0共陽連接（“ 0”電平驅(qū)動）MM(

13、b)cM 圖 3.2 LEDB.本設(shè)計的譯碼電路用的 CD4511數(shù)碼管它有16個管腳,腳A B C D 821BCD碼輸入端腳a b、c d、e f、g 譯碼輸出端，輸出“1”有效,用來驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。1. LT 測試輸入端，LT=“0”時，譯碼輸出全為“1”；2. BI 消隱輸入端，Bl=“0”時，譯碼輸出全為“0”；3.LE 鎖定端，LE=“ 1”時譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE= 0時的數(shù)值，LE= 0為正常譯碼。CD4511的功能表如表3.2所示:表3.2 CD4511 功能表輸入輸出LEBTLTDCBAabcdefg顯示字形XX0XXXX111111111X

14、01XXXX0000000消隱01100001111110廠1101100010110000101100101101101101100111111001m0110100011001101101011011011廠二 101101100011111h01101111110000*1101110001111111801110011110011l l01110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱01111110000000消隱111XXXX鎖存鎖存CD511內(nèi)接有上拉電阻，故只需在輸出端

15、與數(shù)碼管管腳之間串入限流電阻即可正常工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當(dāng)輸入碼超過 1001時，輸出全為“ 0”數(shù)碼管熄滅。5. 報警電路本設(shè)計的報警電路由一個蜂鳴器接在或非門的兩端構(gòu)成報警電路，當(dāng)計數(shù)器的輸出為0000，即輸出為0時，蜂鳴器發(fā)出報警聲。只有當(dāng)輸出都為 0時，蜂鳴器的負(fù)端才為低電 位，經(jīng)過非門極接的才為高電位，這時候蜂鳴器才開始報警，而且數(shù)碼管的示數(shù)一直停留 在0?；蚍情T由一個四輸入或門4072和一個非門構(gòu)成。3.2工作原理本設(shè)計由秒脈沖發(fā)生器555、計數(shù)器CD40192譯碼顯示電路、報警電路以及一些門電 路和開關(guān)組成的控制電路所構(gòu)成的。其工作原理是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路作

16、為秒脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生頻率為 1HZ的脈沖信號，將此脈沖信號輸入計數(shù)器中，計數(shù)電路由 CD40192構(gòu)成。調(diào)節(jié)計數(shù)器的地址輸入端接的開關(guān) K1、K2、K3和K4來實現(xiàn)預(yù)置數(shù)的功能， 當(dāng)控制計數(shù)和預(yù)置數(shù)的開關(guān) K5斷開時，計數(shù)器預(yù)置數(shù)，閉合則進行計數(shù)。利用CD40192的減計數(shù)端進行倒計數(shù)，計數(shù)范圍是90,計數(shù)器是每秒減一計數(shù)，直到減為0。再通過CD4511 譯碼器進行譯碼，然后由LED共陰數(shù)碼管顯示。當(dāng)譯碼器的輸出端全為低電平時，數(shù)碼管 上顯示的是“ 0”而四個低電平信號經(jīng)過一個或非門電路可以得到一個高電平來驅(qū)動蜂鳴 器。這個高電平還能夠反饋到計數(shù)器的清零端，使得計數(shù)器停止計數(shù)，數(shù)碼管的顯示停留

17、 在“ 0”也就是完成了鎖存的功能。第四章各單元電路設(shè)計及原理1.設(shè)計電路設(shè)計電路如圖4.1所示：U2-=ncr-SSI firUTDI 3THETR他丄 DEHIi -fL -eo-741SO4IBUZZER1500 Hzwfc：:5 ion : 5ianB9 :衛(wèi)!-E圖4.1 電路原理圖2.參數(shù)計算多諧振蕩器的振蕩周期T1計算公式為：T1=(R1+2R2)*In2*C2 ;各參數(shù)的值：R1=50k , R2=47k, C2=10F, C1按所學(xué)知識取為0.01UF ;將各參數(shù)的值代入上面的計算公式得： T仁0.9981 Ms。由此得到秒脈沖源輸出的信號為1秒的脈沖，開關(guān)接的限流電阻取值為

18、10K，譯碼器與共陰數(shù)碼管之間接的電阻大小為510歐。經(jīng)過仿真，該設(shè)計的參數(shù)選取符合實驗要求，能用于實驗設(shè)計當(dāng)中。第五章實驗、調(diào)試分析（1）分析課題，然后根據(jù)自己的理解開始設(shè)計電路和查找相關(guān)芯片的資料，電路設(shè)計完成 后，進行仿真。（2） 本次設(shè)計是采用焊接與調(diào)試同步進行，a.焊接完第一部分秒脈沖發(fā)生器后，接上電源用示波器觀察555的輸出端發(fā)現(xiàn)有秒脈沖產(chǎn)生，但是周期（T=（ R1+2R2） *ln2*C2 ）沒有 1s,檢查電路才發(fā)現(xiàn)仿真的原理圖的 C2太小，通過把C2改為10uf才達到要求。b.計時部 分和譯碼部分都焊完后，接上電源后，蜂鳴器一直在報警，數(shù)碼管一直顯示“0”沒有倒計時且不能置數(shù)

19、，其它部分沒有問題（示波器檢查的結(jié)果）。不能置數(shù)說明撥盤開關(guān)那有有問 題，經(jīng)過老師的點撥真的發(fā)現(xiàn)開關(guān)在焊接上有問題，不管開關(guān)打開是否，四輸入端都一直 處于高電平。在開關(guān)的接一個電阻在接地不僅解決了這個問題，也解決了沒有倒計時和一 直顯示的問題。但是蜂鳴器還是一直報警，我想可能是蜂鳴器接反了，果不其然，把蜂鳴 器反過來接后，它只有在數(shù)碼管顯示為0才報警。但此時有一個更大的問題暴露了，那就是，當(dāng)數(shù)碼管顯示為0不會停下來，無論置數(shù)是多少都是再從 9開始倒計時。也就是控制 部分沒有起到作用。但是按理論來說，原理并沒有問題。那只有焊接的問題，檢查完電路 并沒有問題。把控制部分改幾次都是這樣的結(jié)果。老師提

20、出來的參考作用也并不大，最終 沒辦法，只能這樣交了。第六章 收獲與心得體會這是一次比較好的課程設(shè)計，將理論與實踐很好的結(jié)合起來了，豐富了我們的學(xué)習(xí)生 活，同時也加強了我們的動手能力。其中包括了電路的設(shè)計，資料的查找，分析問題、解 決問題的能力，并且是對焊接技術(shù)的一個很好的測試。我們不能僅僅對著書找一個電路圖, 然后就照著焊接。我們應(yīng)該用自己所學(xué)的知識，努力的思考、分析，充分發(fā)揮自己的水平, 完美地完成每項工作。像在這次設(shè)計中，調(diào)試的時候數(shù)碼管的顯示不穩(wěn)定，開始以為是這個數(shù)碼管壞了，并 沒有考慮自己的焊接問題，后來經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是自己焊得不牢，由于接觸不良導(dǎo)致了這樣的 結(jié)果。還有就是焊接的美觀性，我

21、們以前一直用導(dǎo)線連接，這會導(dǎo)致做出來的產(chǎn)品不美觀, 以后要學(xué)會用錫鋪上去，以美化產(chǎn)品的外觀。任何一個電路都是由幾個部分組成的，所以我們考慮錯誤的原因時，應(yīng)該按模塊分析, 檢查各個部分電路的正確性及參數(shù)的取值是否合理。在遇到困難時，要冷靜面對，認(rèn)真對 待每個細(xì)節(jié)，比如二極管的正負(fù)、管腳的接法等。不能一味地求速度，要兼顧質(zhì)量與效果。經(jīng)過努力，電路的設(shè)計最后還是完成了，雖然遇到了一些問題，但增強了我們分析問 題和解決問題的能力。通過課程設(shè)計，我們能更有效地掌握所學(xué)的知識，結(jié)合動手操作, 可以加深我們對設(shè)計方法的掌握，有效地將理論運用于實際當(dāng)中第七章參考文獻1 .閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社 201