1、課程設計說明書課程設計名稱：數字電路課程設計課程設計題目：數字式定時開關學院名稱：信息工程學院專業：通信工程 班級：學號： 姓名：評分：教師：20年_9_月日數字電路課程設計任務書20丄 -2012學年 第1_學期 第 2 周一 3 周題目數字式定時開關內容及要求設計并制作一數字式定時開關，此開關采用BCD撥盤預置開關時間，其最大定時時間為9秒，計數時采用倒計時的方式并通過一位 LED數碼管顯示。此開關預置時間以 后通過另一按鈕控制并進行倒計時， 當時間顯示為0時，開關發出開關信號，輸出呈現 高電平，開關處于開態，再按按鈕時，倒計時又開始。計時時間到驅動揚聲器報警。進度安排1. 布置任務、查閱

2、資料、選擇方案，領儀器設備：3天；2. 領元器件、制作、焊接：3天；3. 調試：2.5天；4. 驗收：0.5天學生姓名：指導時間2011年9月5號一2011年9月13號指導地點5樓508室任務下達20 11年 月日任務完成20 11年9月12日考核方式1.評閱 2. 答辯 3.實際操作口4.其它口指導教師張華南系（部）主任傅崇芳注：1、此表一組一表二份，課程設計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設計結束后與“課程設計小結”、“學生成績單” 一并交院教務存檔。摘要數字式定時開關電路是起定時報警或者定時開關電器的電路，在日常生活中應用很廣。 當今社會許多家用電器都有定時功能，定時可

3、以節省能源，還可以提醒用戶電器的工作狀 態，比如家用電扇有一個定時開關，在達到設定的時間后電動機會自動停止轉動。本組課程設計的題目是：數字式定時開關。用 555 芯片產生一個秒脈沖信號； 555 芯片 的輸出端接計數器CD40192的脈沖輸入端，在CD40192的地址輸入端接四個開關，通過調 節開關的通斷來改變預置的數值，這里計數器的計數方式為倒計數；計數器的輸出端接到 譯碼器4511BD的地址輸入端，因為計數器的計數范圍是90,所以通過譯碼器后輸出的數 值為90中的一個；在譯碼器的輸出端接一個共陰數碼管，用來顯示倒計時。在計數器的 值為 0 時，報警電路自動報警，并且數碼管一直顯示為 0，此

4、時電路處于鎖存狀態，這樣電 路起到了計數、報警的作用。本設計對數字式定時開關的工作原理和系統組成進行了介紹，對不同的實現方案進行 了對比，然后在 Multisim 平臺上進行了仿真分析，最后通過焊接和調試實際電路，驗證了 設計的可行性，達到設計要求。最后對設計過程進行了總結。關鍵字: 秒脈沖、倒計數、鎖存、譯碼顯示、蜂鳴器、控制電路目錄第一章 設計內容及要求 1第二章 系統設計方案 22.1 設計方案一： . 22.2 設計方案二 2第三章 系統組成及工作原理 33.1 系統組成 . 33.2 工作原理 . 5第四章 各單元電路設計及原理 6第五章 實驗、調試及分析 7第六章 收獲與心得體會

5、9第七章 參考文獻 10附 錄 . 11數字式定時開關數字式定時開關隨著社會的發展，科學技術的不斷進步，對電子產品的性能要求也更高。我們做為21世紀的一名學電子的大學生，不僅要將理論知識學會，更應該將其應用與我們的日常生活 中去，使理論與實踐很好的結合起來。數字電路課程設計是電子技術學習中的一個非常重 要的實踐環節，能夠真正檢驗我們是否完全吸收了所學的理論知識。現在電子技術的發展很快，特別是新型集成電路、分立元件的不斷投入市場，使得人們 對電子技術應用的關注程度已大大超過了電子技術本身。由于集成電路技術的諸多優點。 如省電，計時準確,性能穩定，價格低廉等。在計時、自動報時及自動控制等領域發揮著

6、重 要的作用，在人們的日常生也愈加離不開數字化的各種家用電器，電子技術深入到人們生活的每一個角落。工業生產及日常生活中有許多地方都需要對電器設備進行自動定時控制，這樣數字式 定時開關便顯得特別重要，具有很高的實用價值。像現在的一些家用電器：如全自動洗衣 機、鬧鐘和空調等都需要實現遙控開關定時控制的功能。還有一些設備如果在設計時加上 數字定時技術便能增強設備的性能，使之更加智能化。雖然現在的數字定時開關很普遍，技術也很成熟，但其中的電路設計分析的思路及調 試、排錯的方法仍值得我們去學習和研究。又因為其簡單、易做、易設計，對材料無特別 要求的特點，使得數字式定時開關的設計能廣泛應用于數字電子技術課

7、程設計中第一章 設計內容及要求本課題要求設計制作一數字式定時開關，具體指標要求如下：設計并制作一數字定時開關，此開關采用BCD撥盤預置開關時間。其最大定時時間為9 秒，計數時采用倒計時的方式并通過一位 LED數碼管顯示。此開關預置時間以后通過另一 個按鈕控制并進行倒計時，當時間顯示為 0時。開關發出開關信號，輸出端呈現高電平， 開關處于開態，再按按鈕時，倒計時又開始，計時時間到驅動揚聲器報警。圖1.1 數字式定時開關結構圖提高要求：1. 輸出部分加遠距離（loom繼電器進行控制2. 延長定時時間第二章系統設計方案2.1設計方案一：由一個555芯片及其電容、電阻構成一個多諧振蕩器，通過選定兩個電

8、阻(47KQ、50 KQ)和兩個(10, o.oi gF)電容產生一個連續的秒脈沖信號，作為計數器的時鐘脈沖。 根據最大定時為9秒，定時預置可由四個單刀雙擲開關控制輸入電壓。CD40192實現減計數功能，輸入端連四個開關，其輸出連 CD4511輸入實現譯碼功能，再由LED數碼顯示。CD40192由置數端LD、清除端CR減法計數端CP控制其功能。當時間顯示為“ 0” 時，即CD401921出為“ 0000”時，輸出的四個低電平經門電路得到“ 1”高電平，加至報 警電路鳴聲報警。2.2 設計方案二本方案主要由CD4060構成一個秒脈沖發生器，作為計數器的時鐘脈沖源。使用比較 便宜的32768HZ晶

9、體與CD4060電路構成如圖2.1所示電路。圖2.1所示電路的電壓范圍為 318V，靜態電流隨電壓的增大而增大，當供電電壓為 5V時，靜態電流約0.25 uA5uA 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。Cl15pF10MR1 |Y11CFYSTAL11C2R3JT:32768 _9-fc_1047OK12CINCOUTCOUTRST10K4567890234QQQQQQQ1Q1Q1Q1CD4060圖2.1由CD4060構

10、成的時鐘脈沖源第三章系統組成及工作原理3.1系統組成本系統主要由秒脈沖發生電路、定時電路、控制電路、譯碼顯示電路和報警電路組成1. 秒脈沖發生電路該設計的秒脈沖發生電路由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，通過調節 R1、R2和C2的大小來設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+2R2 X ln2 X C2R150kOVCC+5VNE555R24_kCi lOftiT0.01|lF秒脈沖發工器X圖3.1秒脈沖發生器電路圖2. 定時電路該設計的定時電路有 CD40192組成，CD40192為十進制可逆計數器，計數范圍是 09秒

11、,最大計數值為90 CD40192是可預置BCD碼的計數器，當MF為高電平時,計數器置0。PL 為低電平時，計數器進行預置數操作，D0D3上的數據置入計數器中。當CFU= “ 1”時，計 數器加計數，當CPd=1時，計數器減計數。可由PL置數端和DCD3數據輸入端完成數字定時功能，在09內任意置數。CD40192的功能表如表1所示:MRPLCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba0pT1XXXX加計數011TXXXX減計數表1 CD40192功能表3. 控制電路9,此時四個開 計數器處于計本設計的控制電路主要由預置數開關 K1、K2、K3、K

12、4和控制是否置數的開關 K5組成。 通過控制K1、K2、K3和K4的通斷來改變預置數的大小，但最大的置數值為 關的狀態為1001。當開關K5斷開時，計數器處于置數狀態；當 K5閉合時， 數狀態4. 譯碼顯示電路計數器的輸出本設計的譯碼電路選用CD4511進行譯碼，顯示電路用7段共陰數碼管。警。端接譯碼器的四個地址輸入端，經過 CD4511的譯碼作用后，將譯碼器的七個輸出端接七段 共陰數碼管的相應管腳。CD4511具有鎖存功能，當計數器的輸出為 0時，數碼管的示數將 保持在0,報警電路也將一直報A.下面是數碼管的示意圖：（a）共陰連接（“1”電平驅動）丄rr-0共陽連接（“ 0”電平驅動）MM(

13、b)cM 圖 3.2 LEDB.本設計的譯碼電路用的 CD4511數碼管它有16個管腳,腳A B C D 821BCD碼輸入端腳a b、c d、e f、g 譯碼輸出端，輸出“1”有效,用來驅動共陰極LED數碼管。1. LT 測試輸入端，LT=“0”時，譯碼輸出全為“1”；2. BI 消隱輸入端，Bl=“0”時，譯碼輸出全為“0”；3.LE 鎖定端，LE=“ 1”時譯碼器處于鎖定（保持）狀態，譯碼輸出保持在LE= 0時的數值，LE= 0為正常譯碼。CD4511的功能表如表3.2所示:表3.2 CD4511 功能表輸入輸出LEBTLTDCBAabcdefg顯示字形XX0XXXX111111111X

14、01XXXX0000000消隱01100001111110廠1101100010110000101100101101101101100111111001m0110100011001101101011011011廠二 101101100011111h01101111110000*1101110001111111801110011110011l l01110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱01111110000000消隱111XXXX鎖存鎖存CD511內接有上拉電阻，故只需在輸出端

15、與數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，當輸入碼超過 1001時，輸出全為“ 0”數碼管熄滅。5. 報警電路本設計的報警電路由一個蜂鳴器接在或非門的兩端構成報警電路，當計數器的輸出為0000，即輸出為0時，蜂鳴器發出報警聲。只有當輸出都為 0時，蜂鳴器的負端才為低電 位，經過非門極接的才為高電位，這時候蜂鳴器才開始報警，而且數碼管的示數一直停留 在0。或非門由一個四輸入或門4072和一個非門構成。3.2工作原理本設計由秒脈沖發生器555、計數器CD40192譯碼顯示電路、報警電路以及一些門電 路和開關組成的控制電路所構成的。其工作原理是由555定時器構成的多諧振蕩電路作

16、為秒脈沖發生電路產生頻率為 1HZ的脈沖信號，將此脈沖信號輸入計數器中，計數電路由 CD40192構成。調節計數器的地址輸入端接的開關 K1、K2、K3和K4來實現預置數的功能， 當控制計數和預置數的開關 K5斷開時，計數器預置數，閉合則進行計數。利用CD40192的減計數端進行倒計數，計數范圍是90,計數器是每秒減一計數，直到減為0。再通過CD4511 譯碼器進行譯碼，然后由LED共陰數碼管顯示。當譯碼器的輸出端全為低電平時，數碼管 上顯示的是“ 0”而四個低電平信號經過一個或非門電路可以得到一個高電平來驅動蜂鳴 器。這個高電平還能夠反饋到計數器的清零端，使得計數器停止計數，數碼管的顯示停留

17、 在“ 0”也就是完成了鎖存的功能。第四章各單元電路設計及原理1.設計電路設計電路如圖4.1所示：U2-=ncr-SSI firUTDI 3THETR他丄 DEHIi -fL -eo-741SO4IBUZZER1500 Hzwfc：:5 ion : 5ianB9 :衛!-E圖4.1 電路原理圖2.參數計算多諧振蕩器的振蕩周期T1計算公式為：T1=(R1+2R2)*In2*C2 ;各參數的值：R1=50k , R2=47k, C2=10F, C1按所學知識取為0.01UF ;將各參數的值代入上面的計算公式得： T仁0.9981 Ms。由此得到秒脈沖源輸出的信號為1秒的脈沖，開關接的限流電阻取值為

18、10K，譯碼器與共陰數碼管之間接的電阻大小為510歐。經過仿真，該設計的參數選取符合實驗要求，能用于實驗設計當中。第五章實驗、調試分析（1）分析課題，然后根據自己的理解開始設計電路和查找相關芯片的資料，電路設計完成 后，進行仿真。（2） 本次設計是采用焊接與調試同步進行，a.焊接完第一部分秒脈沖發生器后，接上電源用示波器觀察555的輸出端發現有秒脈沖產生，但是周期（T=（ R1+2R2） *ln2*C2 ）沒有 1s,檢查電路才發現仿真的原理圖的 C2太小，通過把C2改為10uf才達到要求。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，數碼管一直顯示“0”沒有倒計時且不能置數

19、，其它部分沒有問題（示波器檢查的結果）。不能置數說明撥盤開關那有有問 題，經過老師的點撥真的發現開關在焊接上有問題，不管開關打開是否，四輸入端都一直 處于高電平。在開關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，當數碼管顯示為0不會停下來，無論置數是多少都是再從 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果。老師提

20、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計，將理論與實踐很好的結合起來了，豐富了我們的學習生 活，同時也加強了我們的動手能力。其中包括了電路的設計，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。我們應該用自己所學的知識，努力的思考、分析，充分發揮自己的水平, 完美地完成每項工作。像在這次設計中，調試的時候數碼管的顯示不穩定，開始以為是這個數碼管壞了，并 沒有考慮自己的焊接問題，后來經檢查發現是自己焊得不牢，由于接觸不良導致了這樣的 結果。還有就是焊接的美觀性，我

21、們以前一直用導線連接，這會導致做出來的產品不美觀, 以后要學會用錫鋪上去，以美化產品的外觀。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，應該按模塊分析, 檢查各個部分電路的正確性及參數的取值是否合理。在遇到困難時，要冷靜面對，認真對 待每個細節，比如二極管的正負、管腳的接法等。不能一味地求速度，要兼顧質量與效果。經過努力，電路的設計最后還是完成了，雖然遇到了一些問題，但增強了我們分析問 題和解決問題的能力。通過課程設計，我們能更有效地掌握所學的知識，結合動手操作, 可以加深我們對設計方法的掌握，有效地將理論運用于實際當中第七章參考文獻1 .閻石數字電子技術基礎（第五版）.高等教育出版社 201