数字电路课程设计(数字定时开关)(共14页)

1、课程设计说明书 第 I 页实用数字式定时开关设计摘 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 74ls192【2】的脉冲输入端，在 74ls192 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【1】的地址输入端，因为计数器的计数

2、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，此时电路处于锁存状态，这样电路起到了计数、报警的作用。 关键字：定时开关、报警、BCD 码、译码显示 课程设计说明书 第 II 页目 录1 绪论.11.1 课题描述.11.2 设计任务与要求.11.2.1 课题简介.11.2.2 设计说明.11.2.3 设计要求.11.3 基本工作原理及框图.22 相关芯片及硬件电路设计.22.1 电路元件清单.22.2 锁存器电路的设计.32.3 编码器电路的设计.42.4 译码器电

3、路和数码管显示电路的设计.42.5 倒计时电路的设计.52.6 时钟电路的设计.62.7 单稳态电路及蜂鸣器的设计.73 整体电路.8总 结.10致 谢.11参考文献.12课程设计说明书 第 1 页1 绪论1.1 课题描述数字式定时开关用于赛事活动，如篮球比赛等。该课题利用电子技术知识设计出一个数字式定时开关，可以自定义时间，分别用多个按钮表示。设置一个系统清除和计时控制开关 S，该开关由裁判控制。数字式定时开关具有锁存与显示功能。即裁判按动按钮，开始计时，并在 LED 数码管上显示，一直到时间计时为零时，停止计时同时扬声器发出报警声响提示。1.2 设计任务与要求1.2.1 课题简介本次数字电

4、路课程设计是一个数字式定时开关，如图 1 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。计时时间到驱动扬声器报警。1.2.2 设计说明 1采用 BCD【3】拨盘预置开关时间，其最大定时时间为 9 秒，

5、计数时采用倒计时的方式并通过一位 LED 数码管显示； 2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。 3编写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。1.2.3 设计要求 1根据任务要求合理的选定设计方案； 2完成各单元电路及总体电路的设计； 3元器件及参数选择正确； 4画出正确的电路原理图（或仿真电路图） 。课程设计说明书 第 2 页1.3 基本工作原理及框图由 555 芯片【7】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

6、个连续的秒脉冲信号，作为计数器 74ls192 的时钟脉冲。这里用的计数器为74ls192，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 74ls192 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

7、阴数码管来显示数字。 秒脉冲发生器定时器译码显示报警电路控制电路图 12 相关芯片及硬件电路设计2.1 电路元件清单数字式定时开关清单如表 1 所示。课程设计说明书 第 3 页表 1 元件清单名 称电阻电阻电容555 芯片计时器译码器数码管蜂鸣器非门双或门单位kuF*型号484700.45/10LM555CM74LS192N4511BD5MA1500HZ74LS04D4072BD数量27各一11111112.2 锁存器电路的设计锁存器单元电路如图 2 所示。用开关 j6 做为置数开关。U274LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12C

8、LR14U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2U34511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3U4BUZZER1500 Hz U6B4072BD_5VVCC5V0VCCJ1Key = A J2Key = A J4Key = A J5Key = A J6Key = A 1314202122232418VCC6J3Key = A 1U8A74LS04D171516图 2 锁存器单元电路课程设计说明书 第 4 页2.3 编码器电路的设计编码器采用如图 3 所示的电路图【1】。U274LS

9、192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U34511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3U6B4072BD_5VVCC5V0VCCJ4Key = A J5Key = A J6Key = A 2021222324VCCJ3Key = A U8A74LS04D1716图 32.4译码器电路和数码管显示电路的设计本设计的译码电路选用 CD4511 进行译码，如图 4 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

10、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【2】。课程设计说明书 第 5 页U34511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3R3470R4470R5470R6470R7470R8470R9470U7A B C D E F GCK27891011120VCC5VVCC25262728293031图 42.5 倒计时电路的设计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，如图

11、 5。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【8】。课程设计说明书 第 6 页U274LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2U4BUZZER1500 Hz U6B4072BD_5VR248kR148kVCC5VVCC3C1450nFC210uF54J1Key = A J2Key = A

12、J4Key = A J5Key = A 1314202122232418VCC5VVCC6J3Key = A 10U8A74LS04D1715VCC16图 52.6 时钟电路的设计该设计的秒脉冲发生电路由三 5 芯片【6】，如图 6 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）ln2C2。课程设计说明书 第 7 页U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R248kR148k3C1450nFC210uF5

13、4J1Key = A VCC5V0VCC图 62.7 单稳态电路及蜂鸣器的设计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【4】。课程设计说明书 第 8 页U274LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON

14、5TRI2U4BUZZER1500 Hz U6B4072BD_5V1314202122232461U8A74LS04D171516图 73 整体电路 U274LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2U34511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3U4BUZZER1500 Hz U6B4072BD_5VR248kR148kR3470R4470R5470R6470R7470R84

15、70R9470VCC5VVCC3C1450nFC210uF54U7A B C D E F GCK27891011120VCC5V0VCCJ1Key = A J2Key = A J4Key = A J5Key = A J6Key = A 131420212223242526272829303118VCC5VVCC6J3Key = A 10U8A74LS04D1715VCC16图 8课程设计说明书 第 9 页结果是：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

16、蜂鸣器处于报警状态，发出警报；译码的数值为 0，数码管一直显示 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。课程设计说明书 第 10 页总 结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

17、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。课程设计说明书 第 11 页致 谢在此要感谢我的指导老师司小平老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是我最大收获和财富，使我终身受益。课程设计说明书 第 10页参考文献1 张义申，陆坤等.电子设计技术M.西安:电子科技大学出版.1996.2. 阎石. 数字电子技术基础(第五版). 高等教育出版社. 2010.043.陈有卿. 555 时基集成电路原理与应用. 机械工业出版社