数电课设数字式定时开关.doc

课程设计说明书

课程设计名称： 数电课设

课程设计题目： 数字式定时开关

学 院 名 称： 信息工程学院

专业： 班级：

学号： 姓名：

评分： 教师：

20 年 月 日

《数字电子技术基础》课程设计任务书
20 12－20 13 学年 第 1 学期　第 6 周 第 8 周
题目
设计一个数字式定时开关
内容及要求
1 、开关采用BCD拨盘预置开关时间；
2 、最大定时时间为9秒;
3 、技术采用倒计时的方式并通过一个LED数码管显示;
4 、预置时间后通过另一个按钮控制并进行倒计时；
5 、当时间为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
按按钮是倒计时又开始：
6、计时时间到驱动扬声器报警：

进度安排
1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备： 2天；
2. 领元器件、制作、焊接：3天
3．调试+验收： 2.5天
4.提交报告：2012-2013学年第一学期周

学生姓名：
指导时间：第6周 第8周
指导地点： E楼608 室
任务下达
20 12 年 10 月 8 日
任务完成
20 12 年 10 月 22 日
考核方式
1.评阅 □√ 2.答辩 □ 3.实际操作□√ 　4.其它□
指导教师

系（部）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，例如家用电扇有一个定时开关，在达到设定的时间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。
(关键字：倒计时、蜂鸣器、秒脉冲、译码显示)

目录
第一章 设计要求…………………………………………………………………1
1.1 基本要求 …………………………………………………………………1
1.2 提高要求 …………………………………………………………………1
第二章 系统组成及原理…………………………………………………………2
2.1 系统组成…………………………………………………………………2
2.2 工作原理…………………………………………………………………2
第三章 电路方案设计……………………………………………………………3
方案一………………………………………………………………………………3
3.1 秒脉冲发生电路…………………………………………………………3
3.2 定时电路…………………………………………………………………3
3.3 控制电路…………………………………………………………………4
3.4 译码显示电路……………………………………………………………5
方案二………………………………………………………………………………7
方案论证……………………………………………………………………………8
第四章 元件设计…………………………………………………………………9
4.1 多谐振荡电路 …………………………………………………………9
4.2 译码显示电路 …………………………………………………………9
第五章 实验分析…………………………………………………………………10
5.1 焊接与调试 ……………………………………………………………10
第六章 结论与心得………………………………………………………………11
参考文献…………………………………………………………………11
附录…………………………………………………………………………………12
1 总原理图 …………………………………………………………………12
2 芯片管脚图 ………………………………………………………………12
3 元件清单 …………………………………………………………………13

第一章 、设计要求
1.1、基本要求
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。
1.2、提高要求
1、输出部分加远距离电气控制；
2、延长定时时间；
3、探讨提高定时精度的方法；

第二章 、系统的组成及工作原理
2.1、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。

秒脉冲发生器

定时器

译码显示

报警电路

控制电路

图2—1 系统原理框图
2.2、工作原理
本设计由秒脉冲发生器555、计数器74LS192、译码显示电路、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74LS192构成。调节计数器的地址输入端接的开关实现预置数的功能，当控制计数开关断开时，计数器预置数，闭合则进行计数。利用74LS192的的减计数端进行倒计时，计时范围是9～0，计数器是每秒减一一直减到零，再通过CD4511进行译码，然后由LED共阴数码管显示。当计数到零时译码器输出端全为低电平，数码管显示“0”。计数器四个输出端经过一个或非电路得到高电平可以驱动一个蜂鸣器进行报警。这个高电平还可以作为反馈输入计数器的清零端使计数器停止计数，数码管显示停留为“0”，断开开关计数器又重新置数，从而实现循环计数。

第三章 、电路方案设计
方案一：
3.1、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：

图 3.1 秒脉冲发生电路
3.2、定时电路
该设计的定时电路有74LS192组成，74LS192为十进制可逆计数器，计数范围是0～9。并且74LS192是可预置BCD码的计数器，当CR为高电平时,计数器置0。CR和为低电平时，计数器进行预置数操作，D0～D3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。可由置数端和D0～D3数据输入端完成数字定时功能，在0～9内任意置数。
输入
输出
CR

CPU
CPD
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
X
X
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
1
X
X
X
X
保持
0
1
↑
1
X
X
X
X
加计数
0
1
1
↑
X
X
X
X
减计数
表 3.1 74LS192功能表
3.3、控制电路
本设计的控制电路主要由预置数开关K1、K2、K3、K4和控制是否置数的开关K5组成。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9，此时四个开关的状态为1001。当开关K5断开时，计数器处于置数状态；当K5闭合时，计数器处于计数状态。

图 3-2 定时控制电路
3.4、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。计数器的输出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警。
A．下面是数码管的示意图：

(a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 共阳连接（“0”电平驱动）

图 3.3 LED数码管
B．本设计的译码电路用的CD4511，它有16个管脚，脚A、B、C、D — 8421BCD码输入端
脚a、b、c、d、e、f、g — 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。
1. — 测试输入端，＝“0”时，译码输出全为“1”；
2. — 消隐输入端，＝“0”时，译码输出全为“0”；
3.LE — 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3.2 CD4511功能表
输 入
输 出
LE

D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示字形
×
×
0
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1

×
0
1
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0

0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0

0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1

0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1

0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1

0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1

0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1

0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0

0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1

0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1

0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
1
1
1
×
×
×
×
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。

图 3-3 译码显示部分
方案二：
本方案主要由CD4060构成一个秒脉冲发生器，作为计数器的时钟脉冲源。使用32768HZ晶体与CD4060电路构成如图2.1所示电路。图3-4所示电路的电压范围为3～18V，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 uA~5uA。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。

图 3-4
方案论证：
我选的是方案一，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，其清晰简便。

第四章 、元件设计
4.1、多谐振荡电路
题目要求多谐振荡器的输出脉冲为秒脉冲，即脉冲周期为一秒，由公式

可令R1=R2=47kΩ，C=10uf，此时T=0.987
为了可以对周期进行调节使其更接近一秒，可将电阻R1、R2用50kΩ的电位器代替。
4.2、译码显示电路
共阴数码管的驱动电流为10mA左右，输入电压为5V所以应在数码管的输入端串联510Ω的电阻。

第五章、实验分析
5.1、焊接与调试
先在纸上将所要焊接的电路进行布局，然后按照布局图将元器件焊在焊板上并布线，焊完之后进行初次调试。接上电源后数码管没有数据显示，按下按钮后数码管一直显示0，仔细检查电路后发现或门芯片接地端没有接地导致其无法工作，将或门接地后进行第二次调试发现还是不能得到想要的结果，按钮按下前数码管还是不显示数据，按下按钮后数码管又是一直显示0，经过分析猜测可能是74LS192出现问题。用万用表测74LS192的置数端和输出端的电压发现其均为高电平即1111，分析后猜测可能是因为在焊接时为了简化电路只实现了置“1001”的功能，并且将低电平端直接悬空，由于悬空不稳定使得输入为高电平即实际置数为“1111”，于是改变电路将置数端分别接开关，使开关导通时输入高电平断开时输入低电平。修改完成后进行第三次调试，这次得到了想要的结果。
17

第六章 、结论与心得
通过这次课程设计将理论与实践很好的结合起来了，同时也加强了动手能力。其中包括资料的查找，分析问题、解决问题的能力，并且是对焊接技术的一个很好的测试。任何一个电路都是由几个部分组成的，所以当电路出现问题或者没有达到预想的结果时，应该按模块分析问题，检查各个部分电路的正确性及参数的取值是否合理。在遇到困难时，要冷静面对，认真对待每个细节，比如二极管的正负、管脚的接法等。不能一味地求速度，要兼顾质量与效果。

参考文献：
1、阎石 . 数字电子技术基础 . 高等教育出版社
2、脉冲与数字电路实验指导书
附录
1、总原理图

2、芯片管脚图

芯片74LS192

芯片555 芯片CD4511

3、 元件清单
元件名称
型号
参数
数量
芯片
555

1
74LS192

1
CD4511

1
74LS32

1
74LS04

1
74LS08

1
电阻

510Ω
7
电位器

50KΩ
2
电容

10uf
1

0.01uf
1
LED
共阴

1
开关

5