数字电路课程设计(数字定时开关)
- 格式：doc
- 大小：153.50 KB
- 文档页数：14
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。
关键字：定时开关、报警、BCD码、译码显示目录1 绪论 (1)1.1 课题描述 (1)1.2 设计任务与要求 (1)1.2.1课题简介 (1)1.2.2 设计说明 (1)1.2.3设计要求 (1)1.3 基本工作原理及框图 (2)2 相关芯片及硬件电路设计 (2)2.1电路元件清单 (2)2.2锁存器电路的设计 (3)2.3 编码器电路的设计 (4)2.4 译码器电路和数码管显示电路的设计 (4)2.5 倒计时电路的设计 (5)2.6 时钟电路的设计 (6)2.7 单稳态电路及蜂鸣器的设计 (7)3 整体电路 (8)总结 (10)致谢 (11)参考文献 (12)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，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）。
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 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0～9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阴数码管来显示数字。
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。
秒脉冲发生器定时器译码显示报警电路控制电路表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 kΩ Ω uF * * * * * * *型号 48 470 0.45/10 LM555C M 74LS192N 4511B D 5M A 1500H Z 74LS04D 4072B D 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。
U274LS192NA 15B 1C 10D9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO12CLR 14U1LM555CMGND 1DIS 7OUT3RST 4VCC8THR 6CON5TRI 2U34511BD_5VDA 7DB 1DC 2DD 6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~EL 5~BI 4~LT3U4BUZZER 1500 HzU6B4072BD_5VVCC5V 0VCCJ1Key = AJ2Key = AJ4Key = AJ5Key = AJ6Key = A1314202122232418VCC6J3Key = A1U8A 74LS04D171516图2 锁存器单元电路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】。
U274LS192NA 15B 1C 10D 9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO12CLR 14U34511BD_5VDA 7DB 1DC 2DD 6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~EL 5~BI 4~LT3U6B4072BD_5VVCC5V 0VCCJ4Key = AJ5Key = AJ6Key = A2021222324VCCJ3Key = A U8A 1716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】。
U34511BD_5VDA 7DB 1DC 2DD 6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~EL 5~BI 4~LT3R3470ΩR4470ΩR5470ΩR6470ΩR7470ΩR8470ΩR9U7A B C D E F GCK2789101112VCC5V VCC25262728293031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】。
U274LS192NA 15B 1C 10D9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO12CLR 14U1LM555CMGND1DIS 7OUT3RST 4VCC8THR 6CON5TRI 2U4BUZZER 1500 HzU6B4072BD_5VR248kΩR148kΩVCC5VVCC 3C1450nFC210uF54J1Key = AJ2Key = AJ4Key = AJ5Key = A1314202122232418VCC5VVCC6J3Key = A1U8A 1715VCC16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）×ln2×C2。
U1LM555CMGND 1DIS 7OUT3RST 4VCC 8THR 6CON5TRI 2R248kΩR148kΩ3C1450nF C210uF54J1Key = A5VVCC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 U274LS192NA 15B 1C 10D 9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO12CLR 14U1LM555CMGND 1OUT3VCC8U41500 HzU6B4072BD_5V1314202122232461U8A 74LS04D171516图73 整体电路U274LS192NA 15B 1C 10D9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO12CLR 14U1LM555CMGND 1DIS 7OUT3RST 4VCC 8THR 6CON5TRI 2U34511BD_5VDA 7DB 1DC 2DD 6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~EL 5~BI 4~LT3U4BUZZER 1500 HzU6B4072BD_5VR248kΩR148kΩR3470ΩR4470ΩR5470ΩR6470ΩR7470ΩR8470ΩR9470ΩVCC5VVCC 3C1450nF C210uF54A B C D E F G CK2789101112VCC5V 0VCCJ1Key = AJ2Key = AJ4Key = AJ5Key = AJ6Key = A131420212223242526272829303118VCC5VVCC6J3Key = A1U8A 74LS04D1715VCC16图8结果是：开关K5断开时，由四个预置数开关进行置数，可从0～9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。
