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1、数字式定时开关数电课程设计长 沙 学 院 数电课程设计说明书 题系(部目 ) 数字式定时开关设计 专业(班级) 姓学指起名 号 导止教日师 期 数字电子技术课程设计任务书(14) 系： 专业： 指导教师 课题名称 设计内容及要求 设计工作量 数字式定时开关设计 基本要求设计一数字式定时开关，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。 主要参考元器：CC451
2、1,CC14522,CD4060 1、系统整体设计； 2、系统设计及仿真； 3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示； 4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。 起止日期 设计内容 课题介绍，答疑，收集材料 设计方案论证 进行具体设计 进行具体设计 编写设计说明书 年 月 日 备注 进度安排 第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 教研室 意见 年 月 日 系主管领导意见 长沙学院课程设计鉴定表 姓名 学号 专业 班级 指导教师 设计题目 指导教师意见： 评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见： 评定等级： 答辩小组
3、长签名： 日期： 教研室意见： 教研室主任签名： 日期： 系意见： 系主任签名： 日期： 说明 课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类； 目录 前言 . 5 设计内容及要求 . 5 数字式定时开关设计简介 . 6 数字式定时开关的工作原理 . 6 系统组成 . 7 1.秒脉冲发生电路 . 7 2.定时电路 . 7 3.控制电路 . 8 4.译码显示电路 . 8 5.报警电路 . 10 电路仿真、调试及调试结果与分析 . 10 设计心得与体会 . 11 参考文献 . 12 前言 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
4、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90，所以通过译码器后输出的数值为90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
5、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 设计内容及要求 设计一数字式定时开关，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，输出端呈现高电平，开关处于开态，再按按钮时
6、，倒计时又开始。计时时间到驱动扬声器报警。 主要参考元器：CC4511,CC14522,CD4060 数字式定时开关设计简介 本次数字电路课程设计是一个数字式定时开关，数字式定时开关是由控制电路、脉冲发生电路、计数器、译码显示电路及报警电路五部分组成。此开关采用BCD拨盘预置开关时间，其最大定时时间9秒，计时是采用倒计时的方式通过一位LED数码管译码显示，通过拨码开关预置一个时间，再通过计数器倒计时方式进行计数，当达到某一个时间时，发出一个信号，进而来控制电器的工作，我们设计的就是当倒计时为0时，一直处于0状态，并且开关发出开关信号，输出端呈现高电平，开关处于开泰，再按按钮，到计时开始。计时时
7、间到驱动扬声器报警。 关键词：定时开关、报警、BCD码、译码显示 秒脉冲发生器 定时器 译码显示 控制电路 报警电路 数字式定时开关的工作原理 数字式定时开关的工作原理 由 555芯片及其电阻、电容构成一个多谐振荡器，通过选用合适的电阻与电容产生一 个连续的秒脉冲信号，作为计数器CD40192的时钟脉冲。这里用的计数器为CD40192，其为十进制可逆计数器，最大计数范围是09秒。本设计用的是定时九秒而且为减计数，预置数通过在计数器CD40192的地址输入端接四个开关来控制高低电位。在计数器的LOAD端接一个开关来控制计数与停止计数，开关闭合电路处于计数状态，断开则电路处于置数状态。通过在计数器
8、输出的四个管脚处接一个四输入或门，或门的输出接蜂鸣的负端，四输入或门接一个非门，蜂鸣器的正极接非门的输出端，当计数值为0时蜂鸣器会自动报警。计数器的输出与译码器4511BD的地址输入端相连，通过译码器的译码，在其输出端接一个共阴数码管来显示数字。 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=ln2C2。 图3.1 秒脉冲发生器电路图 2.
9、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09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，D0D3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D0D3数据输入端完成数字定时功能，在09内任意置数。 CD40192的功能表如表1所示： MR 1 0 0 0 PL 0 1 1 CPU 1 CPD 1 D3 d D2 c D1 b D0 a Q3 Q2 0 0 d c 加计数 减计数 Q1 0 b Q0 0 a
10、 表1 CD40192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
11、报警。 A下面是数码管的示意图： (a) 共阴连接 (b) 共阳连接 图 3.2 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.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”时译码器处于锁定状态，译码输出保持在LE0时的数值，LE0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 LE 0 0 0 0 0 0 0
12、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 输 出 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 a 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 b 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 c 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 d 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 e 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 f 1 0 1 0 0 0 1 1
13、 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 g 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 锁存 显示字形 消隐 BI 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 LT D 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 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10
14、01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。 电路仿真、调试及调试结果与分析 结果是：开关K5断开时，由四个预置数开关进行置数，可从09进行置数，数码管的示数一直显示为预置的数；当K5闭合时，数码管上的数值由刚才预置的数开始减计数直到0，而且显示为0时蜂鸣器处于报警状态，发出警报；译码的数值为0，数码管一
15、直显示0，而报警器一直报警；调整K5的通断又可以重复上面的过程。 分析：通过控制K1、K2、K3和K4开关的通断来预置数，用K5的通断来控制是否计数，当倒计数为0时会自动报警并一直保持为0。 本设计因提高要求的元件实验室没有，故只做了基本要求的电路，实验结果所得各项指标均符合设计要求。 设计心得与体会 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了数字式定时开关设计的识别和测试；熟悉了数字式定时开关；了解了设计数字式定时方法； 此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰参考文献 1. 赵珂、彭嵩等. 脉冲与数字电路实验指导书. 南昌航空大学电子信息工程学院实验实践中心. 2008.01 2. 阎石. 数字电子技术基础(第五版). 高等教育出版社. 2010.04 3.陈有卿. 5554.陈永甫. 时基集成电路原理与应用. 机械工业出版社. 2006.05 多功能集成电路555经典应用实例. 电子工业出版社. 2009.06
