電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告--數(shù)字式定時(shí)開關(guān)

1、<p><b>　　電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　題目名稱： 數(shù)字式定時(shí)開關(guān)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　?、俸?jiǎn)述設(shè)計(jì)思路：本次課設(shè)是設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)開關(guān)，通過撥碼開關(guān)預(yù)

2、置一個(gè)時(shí)間，通過計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)方式進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一個(gè)時(shí)間時(shí)，發(fā)出一個(gè)信號(hào)，進(jìn)而來控制電器的工作。我們此次的實(shí)驗(yàn)是當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到0是，一直停留在在0，并且不斷發(fā)出蜂鳴警報(bào)。而且實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程繼電器的控制，用以控制交流家庭220V電器。</p><p>　?、诤?jiǎn)述設(shè)計(jì)原理：由555組成秒脈沖發(fā)生器，由CD40192構(gòu)成一個(gè)倒計(jì)時(shí)的計(jì)時(shí)器，由一個(gè)共陰LED顯示當(dāng)前的時(shí)間，由一個(gè)撥碼開關(guān)（如下圖）預(yù)設(shè)時(shí)間，由蜂鳴器組成報(bào)警電路，

3、當(dāng)計(jì)數(shù)為零時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。</p><p>　　③簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)過程：設(shè)計(jì)電路由這幾個(gè)功能模塊組成，在這個(gè)設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，運(yùn)用所學(xué)的數(shù)字電路的知識(shí)，并查閱相關(guān)的資料，逐漸解決了了實(shí)踐中出現(xiàn)的各種問題，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了功能。</p><p>　?、芎?jiǎn)述設(shè)計(jì)感想：課程設(shè)計(jì)實(shí)踐促進(jìn)了對(duì)數(shù)字電路知識(shí)的理解，鍛煉了動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力，促進(jìn)了專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。</p><

4、;p>　　關(guān)鍵詞： 秒脈沖發(fā)生器、定時(shí)器、BCD碼、譯碼顯示、報(bào)警電路</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言··················

5、3;····································&#

6、183;······1</p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求························

7、····················2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇</p><p>　　2.1 方案一·····&#

8、183;····································

9、·········3</p><p>　　2.2 方案二······················&#

10、183;····························4</p><p>　　第三章 系統(tǒng)組成及工作原理</p>

11、<p>　　3.1 系統(tǒng)組成·································

12、·················5</p><p>　　3.2 工作原理··············&

13、#183;···································5<

14、/p><p>　　第四章 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇</p><p>　　4.1 控制電路························

15、3;··························6 </p><p>　　4.2 秒脈沖發(fā)生電路····&

16、#183;····································

17、;····6</p><p>　　4.3 計(jì)數(shù)器···························&

18、#183;·························7</p><p>　　4.4 譯碼顯示電路·····

19、····································

20、3;·····8</p><p>　　4.5 報(bào)警電路··························

21、;·························10</p><p>　　第五章 實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析····&#

22、183;···························11</p><p>　　結(jié)論····

23、83;····································&

24、#183;····················12</p><p>　　參考文獻(xiàn)···········

25、····································

26、3;··········12</p><p>　　附錄一·····················

27、3;····································&#

28、183;·13</p><p>　　附錄二······························&#

29、183;·····························14</p><p><b>　　前 言&l

30、t;/b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展,特別是新型集成電路、分立元件的不斷投入市場(chǎng)，使得人們對(duì)電子技術(shù)應(yīng)用的關(guān)注程度已大大超過了電子技術(shù)本身。由于集成電路技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)。如省電,計(jì)時(shí)準(zhǔn)確,性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等。在計(jì)時(shí),自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用,在人們的日常生也愈加離不開數(shù)字化的各種生活用品，電子技術(shù)深入到社會(huì)生活的各個(gè)角落。</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)中

31、許多地方都需要對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，這樣數(shù)字式定時(shí)開關(guān)便顯得特別重要。具有很高的實(shí)用價(jià)值，像現(xiàn)在的一些家電如全自動(dòng)洗衣機(jī)、空調(diào)等都需要實(shí)現(xiàn)開關(guān)定時(shí)控制這樣的功能。還有一些設(shè)備如果在設(shè)計(jì)時(shí)加上數(shù)字定時(shí)技術(shù)便會(huì)更加提高設(shè)備的性能，使之更加自動(dòng)化、智能化。</p><p>　　數(shù)字電子技術(shù)是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程，因此在學(xué)習(xí)課程理論知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)重視和加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練，要注重對(duì)技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使理論和實(shí)踐緊密

32、結(jié)合，融為一體，通過本次課程設(shè)計(jì)還學(xué)到了分析、查尋、和排除故障的方法。 </p><p>

33、;　　第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　基本要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)并制作一數(shù)字定時(shí)開關(guān)，此開關(guān)采用BCD撥盤預(yù)置開關(guān)時(shí)間。其最大定時(shí)時(shí)間為9秒，計(jì)數(shù)時(shí)采用倒計(jì)時(shí)的方式并通過一位LED數(shù)碼管顯示。此開關(guān)預(yù)置時(shí)間以后通過另一個(gè)按鈕控制并進(jìn)行倒

34、計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間顯示為0時(shí)。開關(guān)發(fā)出開關(guān)信號(hào)，輸出端呈現(xiàn)高電平，開關(guān)處于開態(tài)，再按按鈕時(shí)，倒計(jì)時(shí)又開始，計(jì)時(shí)時(shí)間到驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)警。</p><p>　　圖 1.1 數(shù)字式定時(shí)開關(guān)</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇</b></p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案一：</p><p>　　由一個(gè)555芯片及其電容、電阻

35、構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，通過選定兩個(gè)電阻（47KΩ、50 KΩ）和兩個(gè)（10μF，0.01μF）電容產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的秒脈沖信號(hào)，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。根據(jù)最大定時(shí)為9秒，定時(shí)預(yù)置可由四個(gè)單刀雙擲開關(guān)控制輸入電壓。CD40192實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)功能，輸入端連四個(gè)開關(guān)，其輸出連CD4511輸入實(shí)現(xiàn)譯碼功能，再由LED數(shù)碼顯示。</p><p>　　CD40192由置數(shù)端、清除端CR、減法計(jì)數(shù)端CPD控制其功能。當(dāng)時(shí)間顯示為“0”

36、時(shí)，即CD40192輸出為“0000”時(shí)，輸出的四個(gè)低電平經(jīng)門電路得到“1”高電平，加至報(bào)警電路鳴聲報(bào)警。</p><p><b>　　(原理圖見附錄1)</b></p><p><b>　　2.2方案二</b></p><p>　　圖2.2秒脈沖發(fā)生電路</p><p>　　由CD4060構(gòu)成一個(gè)

37、秒脈沖發(fā)生器,作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖源。使用價(jià)格低廉的 32768HZ 晶體，配套 CD4060 電路，如圖2.2所示電壓范圍為 3 － 18V，靜態(tài)電流隨電壓提高而上升，在 +5V 供電時(shí)，靜態(tài)電流約 0.25 － 5uA，主要考慮的是在 3.0V 電池供電時(shí)的停振問題。沒有任何分頻和其他多余器件，本身具有天然的秒閃爍脈沖信號(hào)。主要參數(shù)：供電：DC5V. 其它部分的的電路與方案一的相同。</p><p>　　第三

38、章 系統(tǒng)組成及工作原理</p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)的組成</b></p><p>　　這一系統(tǒng)具體分為五大主要部分：控制電路、秒脈沖發(fā)生器、定時(shí)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路。這五部分都在整個(gè)電路中起到不可缺少的作用，但又起到各自不同的功能，把他們互相之間配合起來組成整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字定時(shí)開關(guān)的功能。</p><p>　　圖3.1

39、系統(tǒng)功能組成圖</p><p><b>　　3.2 工作原理</b></p><p>　　本開關(guān)由秒脈沖發(fā)生器、定時(shí)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路以及一些門電路和開關(guān)按鈕組成的控制電路所構(gòu)成的。其工作原理是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路作為秒脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，將此脈沖信號(hào)輸入計(jì)時(shí)電路，計(jì)時(shí)電路由CD40192構(gòu)成，利用CD40192的減計(jì)數(shù)端進(jìn)行倒計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)

40、范圍是0—9，由于輸入的脈沖信號(hào)的頻率接近一秒，計(jì)數(shù)器是每秒減一計(jì)數(shù)，再通過CD4511譯碼器進(jìn)行譯碼由LED共陰數(shù)碼管顯示。報(bào)警電路可由一個(gè)高電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)譯碼器的輸出端全為低電平時(shí)，數(shù)碼管上顯示的是“0”。而四個(gè)低電平信號(hào)經(jīng)過一些門電路可以得到一個(gè)高電平來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。這個(gè)高電平還能夠反饋到計(jì)數(shù)器的清零端，使得計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，數(shù)碼管的顯示停留在“0”。用到一個(gè)按鈕開關(guān)控制計(jì)數(shù)器的清零端，使得再按按鈕時(shí)，倒計(jì)時(shí)又開始。完成整

41、個(gè)基本要求。</p><p>　　第四章 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇</p><p><b>　　4.1 控制電路</b></p><p>　　利用CD40192的減計(jì)數(shù)端(Q1、Q2、Q3、Q4)進(jìn)行信號(hào)控制，具體見附錄一中的控制電路部分。</p><p><b>　　秒脈沖發(fā)生電路</b&g

42、t;</p><p>　　圖4.1 秒脈沖發(fā)生器</p><p>　　原理圖如上所示： </p><p>　　多諧振蕩器的振蕩周期T1計(jì)算公式為：</p><p>　　T1=(R1+2R2)*ln2

43、*C2</p><p><b>　　各參數(shù)的值：</b></p><p>　　R1=50k R2=47k C2=10μF</p><p>　　將各參數(shù)的值代入上面的計(jì)算公式得：</p><p>　　T1=0.9981≈1s</p><p>　　因此就得到了1秒的脈沖。 &

44、lt;/p><p><b>　　4.3、計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　圖4.3 CD40192引腳圖</p><p>　　CD40192為可預(yù)置BCD可逆計(jì)數(shù)器。其引腳圖如圖3.2所示。當(dāng)MR為高電平時(shí),計(jì)數(shù)器置0。為低電平時(shí)，進(jìn)行預(yù)置數(shù)操作，D0—D3上的數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中。當(dāng)CPU=“1”時(shí)，在CPD上跳變，計(jì)數(shù)器減一計(jì)數(shù)。可由置數(shù)端和D0

45、—D3數(shù)據(jù)輸入端完成數(shù)字定時(shí)功能，在0~9內(nèi)任意置數(shù)。</p><p>　　表4—3 CD40192的功能表</p><p>　　4.4、譯碼顯示電路</p><p>　　譯碼顯示電路選用CD4511進(jìn)行譯碼，選用共陰LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。如圖3.3所示</p><p><b>　　2、數(shù)碼顯示譯碼器</b></p

46、><p>　　（1）七段發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管</p><p>　　LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，圖8-2-2-5(a)、(b)為共陰管和共陽管的電路，(c)為兩種不同出線形式的引出腳功能圖。</p><p>　　一個(gè)LED數(shù)碼管可用來顯示一位0～9十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、

47、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為2～2.5V，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在5～10mA。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。</p><p>　　(a) 共陰連接（“1”電平驅(qū)動(dòng)） (b) 共陽連接（“0”電平驅(qū)動(dòng)）</p><p>　　圖 4.4.1 LED數(shù)碼管</p>&

48、lt;p>　　（2）BCD碼七段譯碼驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　此類譯碼器型號(hào)有74LS47（共陽），74LS48（共陰），CC4511（共陰）等，本實(shí)驗(yàn)系采用CC4511 BCD碼鎖存／七段譯碼／驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。圖.4.2.2為CD4511引腳排列，其中： </p><p>　　圖 4.4.2 CD4511的引腳圖</p><p>　　A、

49、B、C、D — BCD碼輸入端</p><p>　　a、b、c、d、e、f、g — 譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。</p><p>　　— 測(cè)試輸入端，＝“0”時(shí)，譯碼輸出全為“1”</p><p>　　— 消隱輸入端，＝“0”時(shí)，譯碼輸出全為“0”</p><p>　　LE — 鎖定端，LE＝“1”時(shí)譯

50、碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE＝0時(shí)的數(shù)值，LE＝0為正常譯碼。</p><p>　　表4.4.2 CD4511功能表</p><p>　　表4.4.2為CD511功能表。CD511內(nèi)接有上拉電阻，故只需在輸出端與數(shù)碼管筆段之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當(dāng)輸入碼超過1001時(shí)，輸出全為“0”，數(shù)碼管熄滅。 </p><p><

51、b>　　4.5 報(bào)警電路</b></p><p>　　報(bào)警電路選用連接一個(gè)蜂鳴器夠成報(bào)警電路。當(dāng)CD40192的輸出全為“0”時(shí)，經(jīng)過門電路得到一個(gè)高電平驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路工作。只要四個(gè)輸出有一個(gè)是高電平則得到的是一個(gè)低電平。到了“0”，蜂鳴器報(bào)警。沒到“0”，不報(bào)警（具體見附錄一的蜂鳴器部分）。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析</p><

52、p>　　在實(shí)驗(yàn)前夕 整個(gè)課設(shè)過程：</p><p>　　⑴ 第一堂理論課程之前，選好課題。仔細(xì)分析一下原理，并采用設(shè)計(jì)方案一，進(jìn)行采購(gòu)元器件。</p><p>　?、?元器件領(lǐng)回后，根據(jù)原理圖進(jìn)行分析，排版，焊接。</p><p>　?、?實(shí)驗(yàn)過程中遇到一些問題： 元器件被燒毀。</p><p><b>　　調(diào)試時(shí)候出現(xiàn)偏差

53、。</b></p><p><b>　　等等。</b></p><p>　　⑷等：在焊接完秒脈沖發(fā)生器后，利用示波器檢測(cè)發(fā)出信號(hào)。發(fā)現(xiàn)波形不為脈沖波形，后檢測(cè)出一電阻參數(shù)不符。于是換了另外一個(gè)參數(shù)符合的電阻。調(diào)試直至出</p><p><b>　　現(xiàn)方形脈沖波形。</b></p><p>

54、;　?、?即將完工時(shí)候，接上電源，電源蜂鳴器響了。有一個(gè)焊點(diǎn)重合了。焊接完后，進(jìn)行預(yù)置數(shù)調(diào)試，但預(yù)置數(shù)調(diào)試并不如想象中的順利。經(jīng)常出現(xiàn)一些如：無法正確預(yù)</p><p>　　置數(shù)、預(yù)置數(shù)無效、預(yù)置數(shù)不穩(wěn)定等情況。最后排除問題，和同組人解決了這</p><p><b>　　個(gè)問題。</b></p><p>　?、?最后，在保證結(jié)果完整性的情況下

55、，我們進(jìn)行了提高要求的實(shí)驗(yàn)。接上了指示秒脈沖的二極管，接上了控制循環(huán)的按鍵開關(guān)，接上了繼電器，雖然繼電器沒有實(shí)現(xiàn)在家庭用電的控制，但是我們已經(jīng)弄清楚怎么讓繼電器工作，并且實(shí)現(xiàn)100M遠(yuǎn)距離的控制家庭開關(guān)。</p><p>　?、?通過此次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多，知識(shí)不是學(xué)了就能靈活的，要不斷的試，</p><p>　　不斷的失敗，才能真正理解它，才會(huì)靈活運(yùn)用它。實(shí)踐很重要，實(shí)踐試檢驗(yàn)整理

56、的標(biāo)準(zhǔn)。在安裝元件時(shí)有些問題沒有考慮周到，做了以后才明白，在整個(gè)過程中也鍛煉了勤于思考、獨(dú)立思考、以及查閱各種文獻(xiàn)的能力，對(duì)日后的學(xué)習(xí)有很大的幫助，自己的水平有了很大的提高。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是一個(gè)分有價(jià)值，有意義的實(shí)踐活動(dòng)，把一個(gè)課題設(shè)計(jì)好不是一步到位的，是經(jīng)過反復(fù)修改，不斷調(diào)試的過程，其間有困難也有樂趣，使

57、人對(duì)工程實(shí)踐有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，秒脈沖發(fā)生器、計(jì)時(shí)器、譯碼顯示、控制電路、報(bào)警電路，這幾個(gè)電路的功能模塊都實(shí)現(xiàn)的很好，將一個(gè)復(fù)雜的電路分成若干個(gè)基本模塊進(jìn)行分步設(shè)計(jì)，最后將這些模塊連接起來是基本的設(shè)計(jì)思想。</p><p>　　此次實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用到CD40192芯片的預(yù)置數(shù)和自減計(jì)數(shù)功能，通過秒脈沖發(fā)生器用以自減數(shù)，通過撥碼開關(guān)進(jìn)行預(yù)置數(shù)，通過一

58、個(gè)二極管指示脈沖發(fā)生器的工作，通過一個(gè)LED數(shù)碼管指示倒計(jì)時(shí)間等。其中報(bào)警電路模塊原來的設(shè)計(jì)方案是通過一個(gè)555、電容、電阻和揚(yáng)聲器組成的，運(yùn)用一個(gè)蜂鳴器便可實(shí)現(xiàn)，既簡(jiǎn)單又方便，使整個(gè)電路的體積縮小很多，而且性能穩(wěn)定可靠。看來在設(shè)計(jì)過程中元器件的選擇對(duì)整個(gè)電路性能的影響至關(guān)重要。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　【1】張延琪.常用電

59、子電路280例.北京.中國(guó)電力出版社.</p><p>　　【2】王昊等.集成運(yùn)放應(yīng)用電路設(shè)計(jì)360例.北京.電子工業(yè)出版社.2007</p><p>　　【3】閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京.高等教育出版社.2006</p><p><b>　　附錄一：電路原理圖</b></p><p><b>　　總電路圖&