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)字式定時開父學(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月數(shù)字電路課程設(shè)計任務(wù)書20±-2012學(xué)年第乙學(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)碼管顯不。此開關(guān)預(yù)置時間以后通過另一按鈕控制并進(jìn)行倒計時，當(dāng)時間顯示為0時，開關(guān)發(fā)出開關(guān)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(yáng)聲器報警。進(jìn)度安排1. 布置任務(wù)、查閱資料、選擇方案，領(lǐng)儀器

2、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(dá)2011年月日任務(wù)完成2011年9月12日考核方式1.評閱口2.答辯口3.實際操作口4.其它口指導(dǎo)教師張隼南系（部）主任俾祟芳注：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，定時可以節(jié)省能源，還可以提醒用戶電器的工

3、作狀態(tài)，比如家用電扇有一個定時開關(guān)，在達(dá)到設(shè)定的時間后電動機(jī)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

4、數(shù)字式定時開關(guān)的工作原理和系統(tǒng)組成進(jìn)行了介紹，對不同的實現(xiàn)方案進(jìn)行了對比，然后在Multisim平臺上進(jìn)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(dá)到設(shè)計要求。最后對設(shè)計過程進(jìn)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9第七章參考文獻(xiàn)10附錄11數(shù)字式定時開笑數(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(jìn)步，對電子產(chǎn)品的性能要求也更

5、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

6、器設(shè)備進(jìn)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(jī)、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(qiáng)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

7、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)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(yáng)聲器報警。洋碼顯小報警電路秒脈沖發(fā)生器控制電路圖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(yuǎn)距離（loom繼電器進(jìn)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，通過選定兩個電阻(47Kq、50Kq)和兩個(10,O.OigF)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，

8、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0.2

9、5uA5uA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。ClC2CINCOUTHR3-fc_1047OKCOUT10K12RST4567890234CD4060圖2.1由CD4060構(gòu)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

10、、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+2R2xIn2xC2rOVCC+5VR150k8rco-rNE555R24-k0.01|IFlOfti秒版片發(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(jìn)制可逆計數(shù)器，計數(shù)范圍是09秒,最大計數(shù)值為9oCD40192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(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)CFu=“1”時，計數(shù)器加計數(shù)，當(dāng)CPd=1時，計數(shù)器減計數(shù)?？捎蒔L置數(shù)端和DCD3數(shù)據(jù)輸入端完成數(shù)字

11、定時功能，在。9內(nèi)任意置數(shù)。CD40192的功能表如表1所示:MRPLCPUCPDD3D2D1DOQ3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba0PT1XXXX加計數(shù)011TXXXX減計數(shù)表1CD40192功能表3 控制電路本設(shè)計的控制電路主要由預(yù)置數(shù)開關(guān)K1、K2、K3、K4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)9,此時四個開值為關(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，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)4 .譯碼顯示電路本設(shè)計的譯碼電路選用CD4511進(jìn)行譯碼，顯示電路用7段共陰數(shù)碼管。計數(shù)器的輸出

12、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警。A.下面是數(shù)碼管的示意圖：LITKOIrAr-0（a）共陰連接（“1”電平驅(qū)（b） 共陽連接（“ 0”電平驅(qū)MK f O a b動）I I I d)cM圖數(shù)碼管B.本設(shè)計的譯碼電路用的CD4511它有16個管腳，腳A B C D 821 BCD碼輸入端腳a b、cd、e f、g 譯碼輸出端，輸出 T 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

13、“1 ”2. BI 消隱輸入端，BI二“0”時，譯碼輸出全為“0”3. LE 鎖定端，LE二“ 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二0為正常譯碼。CD4511的功能表如表3.2所樂：表3.2CD4511功能表出輸入輸LEBTLTDCBAabcdefg顯示字形XX0XXXX1111111X01XXXX0000000消隱01100001111110ri011000101100000110010110110101100111111001m0110100011001101101011011011r01101100011111h01101111110000*10111

14、0001111111801110011110011l101110100000000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

15、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。32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(jìn)行計數(shù)。利用CD40192的減計數(shù)端進(jìn)行倒計數(shù)，計數(shù)范圍是90,計數(shù)器是每秒

16、減一計數(shù)，直到減為0。再通過CD4511譯碼器進(jìn)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)*ln2*C2;各參數(shù)的值：R1=50k,R2=47k,C2=10八F,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0.9981ms。由此得到秒脈沖源輸出的信

17、號為1秒的脈沖，開關(guān)接的限流電阻取值為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(jìn)行仿真。(2)本次設(shè)計是采用焊接與調(diào)試同步進(jìn)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(dá)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

18、”沒有倒計時且不能置數(shù)，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

19、。老師提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(qiáng)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(qiáng)了我們分析問題和解決問題的能力。通過課程設(shè)計，我們