数字式定时开关

课程设计说明书课程设计名称：数字电路课程设计课程设计题目：数字式定时开关学院名称：信息工程学院专业：通信工程班级：学号：姓名：评分：教师：2011年9月13日数字电路课程设计任务书2011－2012学年第1学期第2周－3周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。题目数字式定时开关内容及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。进度安排1．布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：3天；2．领元器件、制作、焊接：3天；3．调试：2.5天；4．验收：0.5天学生姓名：指导时间2011年9月5号—2011年9月13号指导地点5楼508室任务下达2011年月日任务完成2011年9月12日考核方式1.评阅□2.答辩□3.实际操作□4.其它□指导教师张华南系（部）主任傅崇芳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，比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。用555芯片产生一个秒脉冲信号；555芯片的输出端接计数器CD40192的脉冲输入端，在CD40192的地址输入端接四个开关，通过调节开关的通断来改变预置的数值，这里计数器的计数方式为倒计数；计数器的输出端接到译码器4511BD的地址输入端，因为计数器的计数范围是9～0，所以通过译码器后输出的数值为9～0中的一个；在译码器的输出端接一个共阴数码管，用来显示倒计时。在计数器的值为0时，报警电路自动报警，并且数码管一直显示为0，此时电路处于锁存状态，这样电路起到了计数、报警的作用。本设计对数字式定时开关的工作原理和系统组成进行了介绍，对不同的实现方案进行了对比，然后在Multisim平台上进行了仿真分析，最后通过焊接和调试实际电路，验证了设计的可行性，达到设计要求。最后对设计过程进行了总结。关键字:秒脉冲、倒计数、锁存、译码显示、蜂鸣器、控制电路目录第一章设计内容及要求......................................1第二章系统设计方案........................................22.1设计方案一：...........................................22.2设计方案二............................................2第三章系统组成及工作原理...................................33.1系统组成...............................................33.2工作原理...............................................5第四章各单元电路设计及原理.................................6第五章实验、调试及分析....................................7第六章收获与心得体会.......................................9第七章参考文献............................................10附录......................................................11数字式定时开关数字式定时开关前言随着社会的发展，科学技术的不断进步，对电子产品的性能要求也更高。我们做为21世纪的一名学电子的大学生，不仅要将理论知识学会，更应该将其应用与我们的日常生活中去，使理论与实践很好的结合起来。数字电路课程设计是电子技术学习中的一个非常重要的实践环节，能够真正检验我们是否完全吸收了所学的理论知识。现在电子技术的发展很快,特别是新型集成电路、分立元件的不断投入市场，使得人们对电子技术应用的关注程度已大大超过了电子技术本身。由于集成电路技术的诸多优点。如省电,计时准确,性能稳定，价格低廉等。在计时、自动报时及自动控制等领域发挥着重要的作用,在人们的日常生也愈加离不开数字化的各种家用电器，电子技术深入到人们生活的每一个角落。工业生产及日常生活中有许多地方都需要对电器设备进行自动定时控制，这样数字式定时开关便显得特别重要，具有很高的实用价值。像现在的一些家用电器：如全自动洗衣机、闹钟和空调等都需要实现遥控开关定时控制的功能。还有一些设备如果在设计时加上数字定时技术便能增强设备的性能，使之更加智能化。虽然现在的数字定时开关很普遍，技术也很成熟，但其中的电路设计分析的思路及调试、排错的方法仍值得我们去学习和研究。又因为其简单、易做、易设计，对材料无特别要求的特点，使得数字式定时开关的设计能广泛应用于数字电子技术课程设计中。数字式定时开关第一章设计内容及要求本课题要求设计制作一数字式定时开关，具体指标要求如下：设计并制作一数字定时开关，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个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，输出端呈现高电平，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。图1.1数字式定时开关结构图提高要求：1.输出部分加远距离（100m）继电器进行控制2.延长定时时间秒脉冲发生器定时器译码显示报警电路控制电路数字式定时开关第二章系统设计方案2.1设计方案一：由一个555芯片及其电容、电阻构成一个多谐振荡器，通过选定两个电阻（47KΩ、50KΩ）和两个（10μF，0.01μF）电容产生一个连续的秒脉冲信号，作为计数器的时钟脉冲。根据最大定时为9秒，定时预置可由四个单刀双掷开关控制输入电压。CD40192实现减计数功能，输入端连四个开关，其输出连CD4511输入实现译码功能，再由LED数码显示。CD40192由置数端LD、清除端CR、减法计数端CPD控制其功能。当时间显示为“0”时，即CD40192输出为“0000”时，输出的四个低电平经门电路得到“1”高电平，加至报警电路鸣声报警。2.2设计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。使用比较便宜的32768HZ晶体与CD4060电路构成如图2.1所示电路。图2.1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0.25uA~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。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。数字式定时开关图2.1由CD4060构成的时钟脉冲源数字式定时开关第三章系统组成及工作原理3.1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。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：T1=（R1+2R2）×ln2×C2。图3.1秒脉冲发生器电路图2.定时电路该设计的定时电路有CD40192组成，CD40192为十进制可逆计数器，计数范围是0～9秒，最大计数值为9。CD40192是可预置BCD码的计数器，当MR为高电平时,计数器置0。PL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PL置数端和D0～D3数据输入端完成数字数字式定时开关定时功能，在0～9内任意置数。CD40192的功能表如表1所示：MRPLCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01×××××××000000××dcbadcba01↑1××××加计数011↑××××减计数表1CD40192功能表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。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3.2LED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.LT—测试输入端，LT＝“0”时，译码输出全为“1”；2.BI—消隐输入端，BI＝“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时的数字式定时开关数值，LE＝0为正常译码。CD4511的功能表如表3.2所示：表3.2CD4511功能表输入输出LEBILTDCBAabcdefg显示字形××0××××1111111×01××××0000000消隐0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111××××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。5.报警电路本设计的报警电路由一个蜂鸣器接在或非门的两端构成报警电路，当计数器的输出为0000，即输出为0时，蜂鸣器发出报警声。只有当输出都为0时，蜂鸣器的负端才为低电位，经过非门极接的才为高电位，这时候蜂鸣器才开始报警，而且数码管的示数一直停留在0。或非门由一个四输入或门4072和一个非门构成。数字式定时开关3.2工作原理本设计由秒脉冲发生器555、计数器CD40192、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CD40192构成。调节计数器的地址输入端接的开关K1、K2、K3和K4来实现预置数的功能，当控制计数和预置数的开关K5断开时，计数器预置数，闭合则进行计数。利用CD40192的减计数端进行倒计数，计数范围是9～0，计数器是每秒减一计数，直到减为0。再通过CD4511译码器进行译码，然后由LED共阴数码管显示。当译码器的输出端全为低电平时，数码管上显示的是“0”。而四个低电平信号经过