電子課程設(shè)計報告數(shù)字式定時開關(guān)

1、電子課程設(shè)計報告 題目名稱： 數(shù)字式定時開關(guān) 姓 名：專 業(yè)：電子信息工程班級學(xué)號：088208108同 組 人：指導(dǎo)教師： 摘 要 簡述設(shè)計思路：本次課設(shè)是設(shè)計一個定時開關(guān)，通過撥碼開關(guān)預(yù)置一個時間，通過計數(shù)器倒計時方式進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一個時間時，發(fā)出一個信號，進(jìn)而來控制電器的工作。我們此次的實驗是當(dāng)?shù)褂嫊r到0是，一直停留在在0，并且不斷發(fā)出蜂鳴警報。而且實現(xiàn)遠(yuǎn)程繼電器的控制，用以控制交流家庭220v電器。簡述設(shè)計原理：由555組成秒脈沖發(fā)生器，由cd40192構(gòu)成一個倒計時的計時器，由一個共陰led顯示當(dāng)前的時間，由一個撥碼開關(guān)（如下圖）預(yù)設(shè)時間，由蜂鳴器組成報警電路，當(dāng)計數(shù)為零時，蜂鳴

2、器發(fā)出報警聲音。簡述設(shè)計過程：設(shè)計電路由這幾個功能模塊組成，在這個設(shè)計思想的指導(dǎo)下，運用所學(xué)的數(shù)字電路的知識，并查閱相關(guān)的資料，逐漸解決了了實踐中出現(xiàn)的各種問題，達(dá)到了設(shè)計要求，實現(xiàn)了功能。 簡述設(shè)計感想：課程設(shè)計實踐促進(jìn)了對數(shù)字電路知識的理解，鍛煉了動手能力和獨立思考能力，促進(jìn)了專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。關(guān)鍵詞： 秒脈沖發(fā)生器、定時器、bcd碼、譯碼顯示、報警電路目錄前言1第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求2第二章 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇2.1 方案一32.2 方案二4第三章 系統(tǒng)組成及工作原理 3.1 系統(tǒng)組成5 3.2 工作原理5第四章 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇 4.1 控制電路6 4.2 秒脈沖發(fā)生電路6

3、4.3 計數(shù)器74.4 譯碼顯示電路84.5 報警電路10第五章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果與分析11結(jié)論12參考文獻(xiàn)12附錄一13附錄二14 前 言隨著電子技術(shù)的發(fā)展,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)字化的各種生活用品，電子技術(shù)深入到社會生活的各個角落。 工業(yè)生產(chǎn)中許多地方都需要對電器設(shè)備進(jìn)行自動控制，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)在的一些家電如全自動洗衣機

4、、空調(diào)等都需要實現(xiàn)開關(guān)定時控制這樣的功能。還有一些設(shè)備如果在設(shè)計時加上數(shù)字定時技術(shù)便會更加提高設(shè)備的性能，使之更加自動化、智能化。 數(shù)字電子技術(shù)是一門實踐性和應(yīng)用性都很強的課程，因此在學(xué)習(xí)課程理論知識的同時，應(yīng)重視和加強實踐訓(xùn)練，要注重對技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使理論和實踐緊密結(jié)合，融為一體，通過本次課程設(shè)計還學(xué)到了分析、查尋、和排除故障的方法。 第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求課程設(shè)計要求基本要求設(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(jìn)行倒計時，當(dāng)時間顯示為0時。開關(guān)發(fā)出開關(guān)

5、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。秒脈沖發(fā)生器定時器譯碼顯示報警電路控制電路圖 1.1 數(shù)字式定時開關(guān) 第二章 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇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，通過選定兩個電阻（47k、50 k）和兩個（10f，0.01f）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、清除端cr、減法計數(shù)端cpd控制其功能

6、。當(dāng)時間顯示為“0”時，即cd40192輸出為“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。(原理圖見附錄1)2.2方案二圖2.2秒脈沖發(fā)生電路由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。使用價格低廉的 32768hz 晶體，配套 cd4060 電路，如圖2.2所示電壓范圍為 3 18v，靜態(tài)電流隨電壓提高而上升，在 +5v 供電時，靜態(tài)電流約 0.25 5ua，主要考慮的是在 3.0v 電池供電時的停振問題。沒有任何分頻和其他多余器件，本身具有天然的秒閃爍脈沖信號。主要參數(shù)：供電：dc5v. 其它部分的的電路與方案一的相同。第三章 系統(tǒng)組成及

7、工作原理3.1 系統(tǒng)的組成這一系統(tǒng)具體分為五大主要部分：控制電路、秒脈沖發(fā)生器、定時器、譯碼顯示電路、報警電路。這五部分都在整個電路中起到不可缺少的作用，但又起到各自不同的功能，把他們互相之間配合起來組成整個系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字定時開關(guān)的功能。秒脈沖發(fā)生器（產(chǎn)生秒脈沖）定時器（計時功能）譯碼顯示（譯碼顯示時間）報警電路（定時報警功能）控制電路（控制開關(guān)及時間輸入功能）圖3.1 系統(tǒng)功能組成圖3.2 工作原理本開關(guān)由秒脈沖發(fā)生器、定時器、譯碼顯示電路、報警電路以及一些門電路和開關(guān)按鈕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為秒脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生一脈沖信號，將此脈沖信號輸入計

8、時電路，計時電路由cd40192構(gòu)成，利用cd40192的減計數(shù)端進(jìn)行倒計數(shù)，計數(shù)范圍是09，由于輸入的脈沖信號的頻率接近一秒，計數(shù)器是每秒減一計數(shù)，再通過cd4511譯碼器進(jìn)行譯碼由led共陰數(shù)碼管顯示。報警電路可由一個高電平信號驅(qū)動蜂鳴器報警。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)過一些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)碼管的顯示停留在“0”。用到一個按鈕開關(guān)控制計數(shù)器的清零端，使得再按按鈕時，倒計時又開始。完成整個基本要求。第四章 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇4.1 控制電路利用cd40

9、192的減計數(shù)端(q1、q2、q3、q4)進(jìn)行信號控制，具體見附錄一中的控制電路部分。4.2 秒脈沖發(fā)生電路 圖4.1 秒脈沖發(fā)生器原理圖如上所示： 多諧振蕩器的振蕩周期t1計算公式為：t1=(r1+2r2)*ln2*c2 各參數(shù)的值：r1=50k r2=47k c2=10f將各參數(shù)的值代入上面的計算公式得：t1=0.99811s因此就得到了1秒的脈沖。 4.3、計數(shù)器圖4.3 cd40192引腳圖cd40192為可預(yù)置bcd可逆計數(shù)器。其引腳圖如圖3.2所示。當(dāng)mr為高電平時,計數(shù)器置0。為低電平時，進(jìn)行預(yù)置數(shù)操作，d0d3上的數(shù)據(jù)置入計數(shù)器中。當(dāng)cpu=“1”時，在cpd上跳變，計數(shù)器減一

10、計數(shù)?？捎芍脭?shù)端和d0d3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)。表43 cd40192的功能表輸入輸出mrcpucpdd3d2d1d0q3q2q1q0100000dcbadcba011加計數(shù)011減計數(shù)4.4、譯碼顯示電路譯碼顯示電路選用cd4511進(jìn)行譯碼，選用共陰led數(shù)碼管進(jìn)行顯示。如圖3.3所示2、數(shù)碼顯示譯碼器 （1）七段發(fā)光二極管(led)數(shù)碼管 led數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，圖8-2-2-5(a)、(b)為共陰管和共陽管的電路，(c)為兩種不同出線形式的引出腳功能圖。一個led數(shù)碼管可用來顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個小數(shù)點。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光

11、二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為22.5v，每個發(fā)光二極管的點亮電流在510ma。led數(shù)碼管要顯示bcd碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動能力。 (a) 共陰連接（“1”電平驅(qū)動） (b) 共陽連接（“0”電平驅(qū)動）圖 4.4.1 led數(shù)碼管 （2）bcd碼七段譯碼驅(qū)動器 此類譯碼器型號有74ls47（共陽），74ls48（共陰），cc4511（共陰）等，本實驗系采用cc4511 bcd碼鎖存七段譯碼驅(qū)動器。驅(qū)動共陰極led數(shù)碼管。圖.4.2.2為cd4511引腳排列，其中： 圖 4.4

12、.2 cd4511的引腳圖 a、b、c、d bcd碼輸入端 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。 測試輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“1” 消隱輸入端，“0”時，譯碼輸出全為“0” 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le0時的數(shù)值，le0為正常譯碼。表4.4.2 cd4511功能表輸 入輸 出ledcbaabcdefg顯示字形01111111010000000消隱0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010

13、110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱01111110000000消隱111鎖 存鎖存表4.4.2為cd511功能表。cd511內(nèi)接有上拉電阻，故只需在輸出端與數(shù)碼管筆段之間串入限流電阻即可工作。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。 4.5 報警電路報警電路選用連接一個蜂鳴器夠成報警電路。當(dāng)cd40192的輸出

14、全為“0”時，經(jīng)過門電路得到一個高電平驅(qū)動報警電路工作。只要四個輸出有一個是高電平則得到的是一個低電平。到了“0”，蜂鳴器報警。沒到“0”，不報警（具體見附錄一的蜂鳴器部分）。第五章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果與分析 在實驗前夕 整個課設(shè)過程： 第一堂理論課程之前，選好課題。仔細(xì)分析一下原理，并采用設(shè)計方案一，進(jìn)行采購元器件。 元器件領(lǐng)回后，根據(jù)原理圖進(jìn)行分析，排版，焊接。 實驗過程中遇到一些問題： 元器件被燒毀。 調(diào)試時候出現(xiàn)偏差。 等等。等：在焊接完秒脈沖發(fā)生器后，利用示波器檢測發(fā)出信號。發(fā)現(xiàn)波形不為脈沖波形，后檢測出一電阻參數(shù)不符。于是換了另外一個參數(shù)符合的電阻。調(diào)試直至出現(xiàn)方形脈沖波形。 即

15、將完工時候，接上電源，電源蜂鳴器響了。有一個焊點重合了。焊接完后，進(jìn)行預(yù)置數(shù)調(diào)試，但預(yù)置數(shù)調(diào)試并不如想象中的順利。經(jīng)常出現(xiàn)一些如：無法正確預(yù)置數(shù)、預(yù)置數(shù)無效、預(yù)置數(shù)不穩(wěn)定等情況。最后排除問題，和同組人解決了這個問題。 最后，在保證結(jié)果完整性的情況下，我們進(jìn)行了提高要求的實驗。接上了指示秒脈沖的二極管，接上了控制循環(huán)的按鍵開關(guān)，接上了繼電器，雖然繼電器沒有實現(xiàn)在家庭用電的控制，但是我們已經(jīng)弄清楚怎么讓繼電器工作，并且實現(xiàn)100m遠(yuǎn)距離的控制家庭開關(guān)。 通過此次課程設(shè)計我學(xué)到了很多，知識不是學(xué)了就能靈活的，要不斷的試，不斷的失敗，才能真正理解它，才會靈活運用它。實踐很重要，實踐試檢驗整理的標(biāo)準(zhǔn)。在

16、安裝元件時有些問題沒有考慮周到，做了以后才明白，在整個過程中也鍛煉了勤于思考、獨立思考、以及查閱各種文獻(xiàn)的能力，對日后的學(xué)習(xí)有很大的幫助，自己的水平有了很大的提高。結(jié) 論課程設(shè)計是一個分有價值，有意義的實踐活動，把一個課題設(shè)計好不是一步到位的，是經(jīng)過反復(fù)修改，不斷調(diào)試的過程，其間有困難也有樂趣，使人對工程實踐有一個初步的認(rèn)識。本設(shè)計基本達(dá)到了設(shè)計要求，秒脈沖發(fā)生器、計時器、譯碼顯示、控制電路、報警電路，這幾個電路的功能模塊都實現(xiàn)的很好，將一個復(fù)雜的電路分成若干個基本模塊進(jìn)行分步設(shè)計，最后將這些模塊連接起來是基本的設(shè)計思想。 此次實驗主要應(yīng)用到cd40192芯片的預(yù)置數(shù)和自減計數(shù)功能，通過秒脈沖發(fā)生器用以自減數(shù)，通過撥碼開關(guān)進(jìn)行預(yù)置數(shù)，通過一個二極管指示脈沖發(fā)生器的工作，通過一個led數(shù)碼管指示倒計時間等。其中報警電路模塊原來的設(shè)計方案是通過一個555、電容、電阻和揚聲器組成的，運用一個蜂鳴器便可實現(xiàn)，既簡單又方便，使整個電路的體積縮小很多，而且性能穩(wěn)定可靠?？磥碓谠O(shè)計過程中元器件的選擇對整個電路性能的影響至關(guān)重要。參考文獻(xiàn)：【1】張延琪.常用電子電路280例.北京.中國電力出版社.【2】王昊等