1、长 沙 学 院数 电 课 程 设 计 说 明 书题目 数字式定时开关设计系(部)专业(班级)姓名学号指导教师起止日期数字电子技术课程设计任务书(14)系（部）： 专业： 指导教师课题名称 数字式定时开关设计设计内容及要求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：CC4511,CC14522,CD4060设计
2、工作量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（或时间量） 设计内容（或预期目标） 备注第一天 课题介绍，答疑，收集材料第二天 设计方案论证第三天 进行具体设计第四天 进行具体设计进度安排第五天 编写设计说明书教研室意见年 月 日系（部）主管领导意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名 学号 专业 班级设计题目 指导教师指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级： 答辩小组长签名： 日期： 教研室意见：教研
3、室主任签名： 日期： 系（部）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 .71.秒脉冲发生电路 .72.定时电路 .73.控制电路 .84.译码显示电路 .85.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
4、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，此时电路处于锁存状态，这样电路起到了计数、报警的作用。本设
5、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，倒计时又开始。计时时间到驱动扬声器报警。主要
6、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。计时时间到驱动扬声器报警。 关键词：定
7、时开关、报警、BCD 码、译码显示 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。通过在计数器输出的四个管脚处接一个
8、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=（R1+2R2）ln2C2。图 3.1 秒脉
9、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 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。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，PL计数器加计数，当 CPd=1 时，计数器减计数。可由 置数端和 D0D3 数据输入端完成数PL字定时功能，在 09 内任意置数。 CD40192 的功能表如表 1 所示：MR PL CPU CPD D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q01 0 0 0 00 0 d c b a
10、 d c b a0 1 1 加计数0 1 1 减计数表 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。C
11、D4511 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 3.2 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. 测试输入端， “0”时，译码输出全为“1” ；LTLT2. 消隐输入端， “0”时，译码输出全为“0” ；BIBI3.LE 锁定端，LE“1”时译码器处于锁定（
12、保持）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 输 出LE BILTD C B A a b c d e f g 显示字形 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 00 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 10 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 10 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 10 1 1 0 1 0 1 1 0
13、1 1 0 1 10 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 10 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 00 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 10 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐1 1
14、 1 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。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，
