數(shù)字式定時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：數(shù)字式定時(shí)開關(guān)的設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程班級：090423學(xué)號：09042306 姓名：高易通評分：教師：張小林2011 年 9 月 20 日七g春I變土原數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2011-2012 學(xué)年第 1 學(xué)期第 2 周3 周題目數(shù)字式定時(shí)開關(guān)內(nèi)容及要求K基本要求1設(shè)計(jì)并制作一數(shù)字式定時(shí)開關(guān)，此開關(guān)采用BCD撥盤預(yù)置開關(guān)時(shí)間,其最大定時(shí)時(shí)間為9秒，計(jì)數(shù)時(shí)采用倒計(jì)時(shí)的方式并通過一位LED數(shù)碼管顯示。此開關(guān)預(yù)置時(shí)間以后通過另一按鈕控制并進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間顯示為0時(shí)，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

2、鈕時(shí)，倒計(jì)時(shí)又開始。計(jì)時(shí)時(shí)間到驅(qū)動揚(yáng)聲器報(bào)警。K提高要求1）輸出部分加遠(yuǎn)跑離（100m）繼電器進(jìn)行控制2）延長定時(shí)時(shí)間3）探討提高定時(shí)精度的方法進(jìn)度安排1.仿真、畫PCB路板圖、領(lǐng)元器件：2天；2.制作、焊接：1天3.調(diào)試：2天4.驗(yàn)收：0.5天5.提交報(bào)告：2010-2011學(xué)年第一學(xué)期37周學(xué)生姓名：高易通沈文杰指導(dǎo)時(shí)間：第23周指導(dǎo)地點(diǎn)：E樓508室任務(wù)下達(dá)2011年9月4日任務(wù)完成2011年9月16日考核方式1.評閱口，2.答辯口，3.實(shí)際操作口，4.其它口指導(dǎo)教師張小林系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)

3、計(jì)小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔本次數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)是一個數(shù)字式定時(shí)開關(guān)，數(shù)字式定時(shí)開關(guān)是由控制電路、脈沖發(fā)生電路、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路及報(bào)警電路五部分組成。此開關(guān)采用 BCDt 盤預(yù)置開關(guān)時(shí)間，其最大定時(shí)時(shí)間9秒，計(jì)時(shí)是采用倒計(jì)時(shí)的方式通過一位LED數(shù)碼管譯碼顯示，通過撥碼開關(guān)預(yù)置一個時(shí)間，再通過計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)方式進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到某一個時(shí)間時(shí)，發(fā)出一個信號，進(jìn)而來控制電器的工作，我們設(shè)計(jì)的就是當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為0時(shí)，一直處于0狀態(tài)，并且開關(guān)發(fā)出開關(guān)信號，輸出端呈現(xiàn)高電平，開關(guān)處于開泰，再按按鈕，到計(jì)時(shí)開始。計(jì)時(shí)時(shí)間到驅(qū)動揚(yáng)聲器報(bào)警。關(guān)鍵詞：定時(shí)開關(guān)、報(bào)警、BCDB、譯碼顯示第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求

4、1第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及工作原理2.1方案一22.2方案二22.3系統(tǒng)組成32.4工作原理3第三章單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇4.1控制電路44.2秒脈沖發(fā)生電路44.3計(jì)數(shù)器54.4譯碼顯示電路64.5報(bào)警電路8第四章實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測試結(jié)果與分析9結(jié)論10參考文獻(xiàn)11附錄12附錄二13附錄三14第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求一、課程設(shè)計(jì)要求1、基本要求設(shè)計(jì)并制作一數(shù)字定時(shí)開關(guān)，此開關(guān)采用Beat盤預(yù)置開關(guān)時(shí)間。其最大定時(shí)時(shí)間為9秒，計(jì)數(shù)時(shí)采用倒計(jì)時(shí)的方式并通過一位LED數(shù)碼管顯示。此開關(guān)預(yù)置時(shí)間以后通過另一個按鈕控制并進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間顯示為0時(shí)。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

5、按鈕時(shí)，倒計(jì)時(shí)又開始，計(jì)時(shí)時(shí)間到驅(qū)動揚(yáng)聲器報(bào)警。2、提高要求i）輸出部分加遠(yuǎn)距離（100m繼電器進(jìn)行控制2）延長定時(shí)時(shí)間3）探討提高定時(shí)精度的方法圖1-1數(shù)字式定時(shí)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及工作原理2.1設(shè)計(jì)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）和兩個瓷片電容（10，0.01gF）產(chǎn)生一個連續(xù)的秒脈沖信號，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘秒脈沖。根據(jù)最大定時(shí)為9秒，定時(shí)預(yù)置可由四個單刀雙擲開關(guān)控制輸入預(yù)置數(shù)。CD40192實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)功能，輸入端連四個開關(guān)，具輸出連CD4511芯片輸入實(shí)現(xiàn)譯碼功能，再由LE躁碼顯示計(jì)數(shù)。CD4019的置數(shù)端LD、清除

6、端CR減法計(jì)數(shù)端CR控制其功能。當(dāng)時(shí)間顯示為“0”時(shí)，即CD40192俞出為“0000”時(shí)，輸出的四個低電平經(jīng)門電路得到“1”高電平，加至報(bào)警電路鳴聲報(bào)警。（原理圖見附錄一）2.2設(shè)計(jì)方案二：74LS192具有和CD40192片相同的管腳與功能，且對應(yīng)相同。據(jù)此我們采用兩個芯片的對換來實(shí)行兩種方案的選擇。（原理圖見附錄二）2.3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(shí)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路。這五部分都是環(huán)環(huán)相扣的，在整個電路中每個部分都不可或缺，功能各不相同，整個電路組裝在一起，共同實(shí)現(xiàn)數(shù)字定時(shí)開關(guān)的功能。2.4工作原理數(shù)字式定時(shí)開關(guān)由秒脈沖發(fā)生器、定時(shí)器、譯碼

7、顯示電路、報(bào)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芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路作為秒脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生一個脈沖信號，并將此脈沖信號輸入計(jì)數(shù)電路， 計(jì)數(shù)電路由CD40192勾成， 利用CD40192的減計(jì)數(shù)端進(jìn)行倒計(jì)數(shù)， 計(jì)數(shù)范圍是09,由于輸入的脈沖信號的頻率接近一秒，計(jì)數(shù)器是每一秒減一計(jì)數(shù)，再通過CD4511譯碼器進(jìn)行譯碼并由LED共陰數(shù)碼管顯示。報(bào)警電路可由一個高電平信號驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)譯碼器的輸出端全為低電平時(shí)，數(shù)碼管上顯示的是“0”。而四個低電平信號經(jīng)過一個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(jì)數(shù)器的清零端，使得計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并

8、保持，數(shù)碼管的顯示停留在“0”。用到一個按鈕開關(guān)控制計(jì)數(shù)器的清零端，使得再按按鈕時(shí)，倒計(jì)時(shí)又開始，完成整個基本的循環(huán)要求，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字式定時(shí)開關(guān)的功能。第三章單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇4.1控制電路利用CD40192的減計(jì)數(shù)端(Q1、Q2Q3Q4)進(jìn)行信號控制， 四個開關(guān)作為置數(shù)和倒計(jì)時(shí)的控制。4.2秒脈沖發(fā)生電路OVCCOVCC+5Vg-r圖4-1秒脈沖發(fā)生器多諧振蕩器的振蕩周期T1計(jì)算公式為：T1=(R1+2R2)*ln2*C2各參數(shù)的值：R1=50kR2=47kC2=10F將各參數(shù)的值代入上面的計(jì)算公式得：T1=0.9981-1s則可得到1秒的脈沖。4.3、計(jì)數(shù)器秒脈沖發(fā)生器:C2

9、L LO Oj jl lF FCD40192為可預(yù)置BCDT逆計(jì)數(shù)器。具引腳圖附錄三所示。當(dāng)M助高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器置0。1為低電平時(shí)，進(jìn)行預(yù)置數(shù)操作，P0-P3上的數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中。當(dāng)CPU=1”時(shí)，在CPU1跳變，計(jì)數(shù)器減一計(jì)數(shù)?？捎煽芍脭?shù)端和P0-P3數(shù)據(jù)輸入端完成數(shù)字定時(shí)功能，在09內(nèi)任意置數(shù)。表44CD40192的功能表輸入輸出MRPLCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba011XXXX加計(jì)數(shù)011XXXX減計(jì)數(shù)4.4、譯碼顯示電路1、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。2、數(shù)碼顯示譯碼器（1）七段發(fā)光

10、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（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(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，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(diǎn)亮電流在510mALED數(shù)碼管要顯示BCM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。立義V立早b。dgf&h（a）共陰連接（“1”電平驅(qū)動）(b)共陽連接（“0”電平驅(qū)動）10（2）BC則七

11、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(shí)驗(yàn)系采用CC4511BC所鎖存/七段譯碼/驅(qū)動器。 驅(qū)動共陰極LE四碼管。 附錄三為CD4511引腳排列，ABCDBCM輸入端ab、c、d、8f、g降碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。LT測試輸入端，LT=0”時(shí)，譯碼輸出全為“1”Bi一消隱輸入端，BI=0”時(shí)，譯碼/&出全為“0”LE一鎖定端，LE=1”時(shí)譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE=0時(shí)的數(shù)值，LE=0為正常譯碼。表4.4.2CD4511功能表輸入輸出LEBTLTDCBAabcdefg顯小字形X

12、X0XXXX11111118 8X01XXXX0000000消隱01100001111110llll1 101100010110000 1 101100101101101c c011001111110010110100011001111圖4.4.1 LED數(shù)碼管f f e ed d0 0c ch hM M01101011011011_|01101100011111b01101111110000一11011100011111111口011100111100111二1一01110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱0

13、1111100000000消隱01111110000000消隱111XXXX鎖存鎖存表4.4.2為CD511功能表。CD511內(nèi)接有電阻，故只需在輸出端與數(shù)碼管筆段之間用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(shí),輸出全為“0”，數(shù)碼管熄滅。4.5 報(bào)警電路報(bào)警電路選用連接一個蜂鳴器夠成報(bào)警電路。當(dāng)CD40192的輸出全為“0”時(shí)，經(jīng)過門電路得到一個高電平驅(qū)動報(bào)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(bào)警。沒到“0”，不報(bào)警。12第五章實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測試結(jié)果與分析本次實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過幾天細(xì)心的焊接，終于如期的按照設(shè)計(jì)的原理圖的布置焊接完好，接

14、下來的調(diào)試，讓我們遇到了很多之前沒有想到的問題，我們也根據(jù)著那個實(shí)驗(yàn)電路一步步排錯，檢查問題，并解決了好幾個實(shí)際性的問題。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果：本次課程設(shè)計(jì)要求：第一要實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)定時(shí)功能，第二要實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，第三要實(shí)現(xiàn)到零報(bào)警功能，第四要實(shí)現(xiàn)重置數(shù)循環(huán)功能。而我們這個實(shí)驗(yàn)成品電路只實(shí)現(xiàn)了預(yù)置數(shù)定時(shí)功能、倒計(jì)時(shí)功能和單一的報(bào)警功能，且一直處于循環(huán)狀態(tài)，不停的叫，不停的走。實(shí)驗(yàn)測試分析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)及測試結(jié)果與理相對比，個別要求未能完全達(dá)到，其一可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)原理圖在仿真的時(shí)候存在調(diào)試問題，實(shí)驗(yàn)與理論存在較大的出入，但仿真未能體現(xiàn)，仿真只是一種理想模型，其二可能是因?yàn)殡娐分懈髟骷嬖谙嗷ジ蓴_，影

15、響各元件的正常功能，導(dǎo)致個別功能未能全部實(shí)現(xiàn)，其三可能是因?yàn)閭€元器件焊接過程中出現(xiàn)虛焊，短路的現(xiàn)象，影響其功能，導(dǎo)致個別功能未能全部實(shí)現(xiàn)。13本次設(shè)計(jì)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，秒脈沖發(fā)生器、計(jì)時(shí)器、譯碼顯示器、控制電路、報(bào)警電路，這幾個電路的功能模塊都實(shí)現(xiàn)得比較好，將整個電路分成若干個基本模塊進(jìn)行分步設(shè)計(jì)與調(diào)試，最后將這些模塊串聯(lián)起來就是本次課程設(shè)計(jì)的基本的設(shè)計(jì)思路。此次實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用到CD40192片的預(yù)置數(shù)和自減計(jì)數(shù)功能， 通過秒脈沖發(fā)生器用以自減計(jì)數(shù)，通過撥碼開關(guān)進(jìn)行預(yù)置數(shù)，并通過CD4511進(jìn)行譯碼，最后通過一個LED數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)，整個電路組成了數(shù)字式定開關(guān)，本次設(shè)計(jì)能基本上滿足設(shè)計(jì)要求。

16、14參考文獻(xiàn)【11陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)-電子電路實(shí)驗(yàn)？設(shè)計(jì)？仿真第二版,武漢：華中理工大學(xué)，2000.2彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2003.【3】謝自美.電子線路設(shè)計(jì)？實(shí)驗(yàn)？測試（第二版）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.15附錄7 74 4L LS S1 19 92 2D D. .U U7 7A A. .7 74 4L LS SW WD DU U6 6B BU UZ ZZ ZE ER R2 20 00 00 0H Hz zvcc電路總原理圖16CD40192弓|腳圖】slisl1/13Ii2l11I10IglVDDf f8a8ab bcdcdR)CC4511)CC4511B BCLTCLTBTLEDALEDAVs$|2|34|2|34|5|5|6|f