可編程定時器課程設(shè)計--- 寬范圍可編程定時器

1、<p><b>　　電子課程設(shè)計報告 </b></p><p>　　題目名稱： 寬范圍可編程定時器 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　專 業(yè)： </p><

2、;p>　　班級學(xué)號： </p><p>　　同組 人 ： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　評 分：

3、 </p><p>　　南昌航空大學(xué)電子信息工程學(xué)院 </p><p>　　2012年11月5日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在已經(jīng)有了各種高精度和各式的鐘表的今天，為什么還需要定時器呢？這是因為定時器和鐘表不同，它是一種自動控制設(shè)備、能自動地控制電器在規(guī)定的時間內(nèi)

4、啟動、停止或變換工作狀態(tài)，這是一般的鐘表等時間計量器所替代不了的。</p><p>　　定時器電路在家用電器中常用于延時自動關(guān)機、定時、玩具電路及時間控制中。延時自動關(guān)機功能可以在各種電子產(chǎn)品中見到。定時功能可用于：電風(fēng)扇延時控制、照相機延時拍攝等。定時器除了上述用于各種家電之中，它還廣泛用于各種工業(yè)自動控制設(shè)備、甚至軍事（定時炸彈）等。</p><p>　　本課設(shè)的目的是設(shè)計一款寬范圍可

5、編程定時器，具有脈沖脈寬可調(diào)，脈寬二檔分頻，可設(shè)定的定時時間，光電、震動報警功能。該電路能將脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘脈沖分頻輸入到后級的計數(shù)器中，計數(shù)滿后驅(qū)動報警器報警。</p><p>　　此計時器的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下四個模塊組成，即秒脈沖發(fā)生器模塊、分頻模塊、計數(shù)模塊和驅(qū)動報警模塊。在設(shè)計此計時器時，采用模塊化的設(shè)計思想，使設(shè)計起來更加簡單、容易、條理清晰，調(diào)試起來也更容易。此電路用經(jīng)典的555振蕩器

6、產(chǎn)生信號，通過CD4518分頻電路，經(jīng)過CD4029遞減計數(shù)，最后驅(qū)動報警電路中的LED、音樂芯片和震動馬達工作報警。因秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標(biāo)準(zhǔn)，而本設(shè)計對此信號要求并不太高，故采用555電路組成的多諧振蕩器代替。</p><p>　　經(jīng)過反復(fù)的仿真、修改和調(diào)試，電路工作正常，實現(xiàn)了所有的預(yù)設(shè)功能。</p><p>　　關(guān)鍵字：NE555 可編程 計數(shù) 報警

7、 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前言························

8、····································

9、3;······1</p><p>　　第一章 寬范圍可編程定時器的設(shè)計要求·······················&

10、#183;··········2</p><p>　　1.1設(shè)計任務(wù)及要求····················&

11、#183;·······························2</p><p>　　第二章 電

12、路設(shè)計原理及方案···································&#

13、183;·········3</p><p>　　2.1總體設(shè)計思路·····················

14、83;······················3</p><p>　　2.2理論分析與計算········

15、83;····································&

16、#183;······3</p><p>　　2.3電路設(shè)計························

17、3;·······························4</p><p>　　2.4電路各模塊

18、簡介····································&#

19、183;·············4</p><p>　　2.4.1脈沖發(fā)生器電路·················

20、···································5</p>

21、;<p>　　2.4.2 控制電路································

22、3;·························5</p><p>　　2.4.3 30s計時電路·····&

23、#183;····································

24、;············5</p><p>　　2.5 電路方案比較···················

25、;····································

26、83;6</p><p>　　第三章 電路的焊接與調(diào)試······························&

27、#183;···············8</p><p>　　3.1電路的安裝···············

28、83;····································&

29、#183;···8</p><p>　　3.2電路的調(diào)試···························

30、83;····························8</p><p>　　3.3 測試結(jié)果分析··

31、83;····································&

32、#183;················8</p><p>　　第四章 結(jié)論和體會··············&#

33、183;····························9</p><p>　　參考文獻···&#

34、183;····································

35、·······················10</p><p>　　附 錄1元器件清單········

36、····································

37、3;·········11</p><p>　　附 錄2芯片資料······················

38、;··································12</p>&

39、lt;p>　　附 錄3 電路原理圖·································&#

40、183;···················15 </p>&

41、lt;p><b>　　前 言</b></p><p>　　在各個領(lǐng)域，定時器均得到普遍應(yīng)用，例如在廣泛應(yīng)用于各種電器、便攜式電子產(chǎn)品以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。。</p><p>　　在該定時器電路中，首先由555脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一個脈沖，然后由二級分頻器對其進行分頻，這樣既可產(chǎn)生三檔分頻輸出信號，以達到寬范圍的需求。之后脈沖輸入到后面的計數(shù)器電路中，當(dāng)計數(shù)器達到預(yù)設(shè)的值

42、時，報警電路開始報警。</p><p>　　本設(shè)計可完成：六秒脈沖發(fā)生，三檔分頻可以產(chǎn)生六秒、一分鐘、六分鐘的脈沖，后級的計數(shù)電路通過撥碼開關(guān)來對計數(shù)器芯片進行置數(shù)，這樣既可達到可編程的要求。計數(shù)滿后驅(qū)動報警器電路工作，報警器電路由光、聲、震動三部分組成。</p><p>　　整個電路的設(shè)計先借助于仿真軟件proteus仿真軟件，得到了預(yù)期的結(jié)果，而后依據(jù)仿真圖在實驗室焊接、調(diào)試，實現(xiàn)了預(yù)

43、定的功能。</p><p>　　第一章 寬范圍可編程定時器的設(shè)計要求</p><p>　　1.1設(shè)計任務(wù)及要求</p><p><b>　　一、基本要求：</b></p><p>　　（1）具有六秒脈沖發(fā)生功能</p><p>　　由于成本的問題，定時精度要求不太高，所以用555構(gòu)成多振蕩器諧既

44、可。</p><p>　?。?）三檔分頻脈沖輸出</p><p>　　由于要實現(xiàn)寬范圍的定時要求，所以我們采用了兩片4815級聯(lián)分頻來將六秒信號進行十分頻、百分頻輸出。再通過撥碼開關(guān)來切換檔位。</p><p>　?。?）可編程的定時計數(shù)</p><p>　　我們利用4029的預(yù)置數(shù)功能來實現(xiàn)此功能，在計數(shù)器芯片的輸入端接入撥碼開關(guān)來進行置數(shù)

45、。</p><p>　?。?）報警驅(qū)動 </p><p>　　當(dāng)計數(shù)器芯片計數(shù)滿的時候，后級4029的進位輸入端可以輸出一個脈沖，利用這個脈沖可以驅(qū)動一個有555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器來驅(qū)動報警。報警電路由LED燈、音樂芯片和手機震動馬達構(gòu)成。 </p><p>　　二、設(shè)計任務(wù): </p><p>　?。?） 根

46、據(jù)課題要求，做需求分析，根據(jù)要求要確定電路需要的子模塊； </p><p>　　（2） 根據(jù)要求設(shè)計電路，仿真測試；</p><p>　?。?） 熟悉電路中所用的各集成塊的管腳功能，計算需要的部分元件的參數(shù)；</p><p>　?。?） 進行電路的焊接、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)；直到電路能達到規(guī)定的設(shè)計要求； </p><p>　?。?）

47、寫出完整、詳細(xì)的課程設(shè)計報告。</p><p><b>　　三、設(shè)計目標(biāo)：</b></p><p>　?。?） 熟悉各集成電路芯片的功能，合理運用其其功能，完成相應(yīng)的設(shè)計工作；</p><p>　　(2) 熟悉仿真軟件的使用方法，熟練焊接技術(shù)，加強實踐能力。</p><p>　　第 二 章 電路設(shè)計原理及方案<

48、/p><p>　　2.1 總體設(shè)計思路 </p><p>　　原理圖如下圖所示。該圖包括秒脈沖發(fā)生器、分頻器、計數(shù)電路、和報警電路等4個部分。如圖2.1.1所示。</p><p>　　圖2.1.1寬范圍可編程定時器組成方框圖</p><p>　　2.2 理論分析與計算</p><p>　?。ㄒ唬┤鐖D所示，由二分之一556

49、和R2、R3、C1、C2組成分鐘脈沖發(fā)生器，T=0.693（R3+2R2）C1，當(dāng)R3=2.5M，R2=3.3M，C1=10uF時，脈沖周期T=60秒。在仿真和實際電路中，為了盡快看到實驗效果，把C1改為1nf。</p><p>　　圖2.2.2.1 分鐘脈沖發(fā)生器</p><p>　?。ǘ┝硪话?56和R4、C3、C4組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用作報警電路的驅(qū)動。音響頻率f=1.1R4C3,約

50、為1000HZ。</p><p>　　圖2.2.2.2 報警裝置驅(qū)動電路</p><p><b>　　2.3 電路設(shè)計</b></p><p>　　由一個NE556中的兩個振蕩器分別構(gòu)成多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；再由兩片3518十進制計數(shù)器來構(gòu)成分頻電路；由兩片4029十進制計數(shù)器構(gòu)成編程計數(shù)器；再由LED燈、音樂芯片和手機震動馬達構(gòu)成報警電路

51、。</p><p>　　2．4 電路各模塊簡介</p><p>　　2.4.1脈沖發(fā)生器電路</p><p>　　產(chǎn)生的信號是電路的時序脈沖和定時標(biāo)準(zhǔn)，由于成本和精度的要求，所以本設(shè)計對此信號的要求并不是太高，電路可以采用555集成電路構(gòu)成。用555集成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供脈沖。實際中用電位器來代替R3，方便進行時間微調(diào)。如圖2.4.1.1所示：</p&g

52、t;<p>　　圖2..4.1.1脈沖發(fā)生器電路圖</p><p>　　2.4.2 分頻電路</p><p>　　為了滿足寬范圍定時的要求，我們設(shè)計了多檔的脈寬輸入。如圖2.4.2.1所示：該模塊電路是利用兩片十進制計數(shù)器4518對555的脈沖進行分頻，然后利用撥碼開關(guān)來切換所需頻率的脈沖。 </p><p>　　圖2.4.2分頻電路圖</p&

53、gt;<p>　　2.4.3 編程計數(shù)電路</p><p>　　該電路是由兩片CD4029的8421BCD碼十進制計數(shù)器構(gòu)成。CD4029是十進制計數(shù)器，具有“異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進位和借位輸出端。當(dāng)需要進行多級擴展連接時，只要將前級的進位輸出端接到下一級的CP端即可。此計數(shù)器置數(shù)功能采用四位撥碼開關(guān)來實現(xiàn)，把需要置入的數(shù)通過撥動撥碼開關(guān)來輸入計數(shù)器的輸入端。然后按一下置數(shù)鍵，給兩片

54、4029置數(shù)端一個高電平脈沖，即可置入數(shù)據(jù)。如圖2.4.3所示。</p><p>　　圖2.4.3計數(shù)電路圖</p><p>　　2.4.4 報警電路</p><p>　　該電路是由一個555構(gòu)成一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，然后驅(qū)動一個三極管的通斷來啟動關(guān)閉報警電路中LED燈、音樂芯片和手機震動馬達。高位片計數(shù)器計滿時，進位輸入端給555的觸發(fā)端一個低電平脈沖，555隨之輸

55、出一個約五秒的高電平脈沖。該高電平讓三極管導(dǎo)通，使能LED燈、音樂芯片和馬達工作。如圖2.4.4所示。</p><p>　　圖2.4.3報警電路圖</p><p><b>　　2.5電路方案比較</b></p><p><b>　　方案一:</b></p><p>　　該電路由以下幾部分組成：<

56、;/p><p>　　556振蕩器 、兩片CD4518 、兩片74LS160、LED燈、音樂芯片和手機震動馬達組成。</p><p>　　實現(xiàn)了脈沖發(fā)生、脈寬三檔輸出、可編程計數(shù)和聲、光、震動三種形式報警功能。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　該方案是方案一的改進方案，我們把計數(shù)電路中的74L

57、S160換成了CD4029，因為74LS160的置數(shù)功能為同步置數(shù)，在按下按鍵時只有等到來了CP脈沖才會置入數(shù)據(jù)，這樣就要要求使用者按鍵時間很長才會有效，十分不方便。經(jīng)過比對和研究多種計數(shù)芯片，我們決定選用CD4029芯片做計數(shù)器。因為它的置數(shù)功能是異步置數(shù)，只要按下按鍵給芯片一個低電平就可以把數(shù)據(jù)置入，而不需要等待沿的到來。</p><p>　　第三章 電 路 的 焊 接 與 調(diào) 試</p>

58、<p>　　3.1 電路的安裝：</p><p>　　1.需進行整體排版布局，使元器件的排布符合電氣規(guī)則、美觀；</p><p>　　2.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊元件等；</p><p>　　3.布線盡量使電源線和地線靠近實驗電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用最好分模塊安裝。此外焊接時不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因為有些器件，不能

59、耐高溫， 電烙鐵不能停留太久。</p><p>　　4.為了使電路的面積縮小和美觀，所有的電阻、電容和二極管我們都采用的是貼片封裝。這些貼片元件幾乎不占線路板的焊盤面積。</p><p><b>　　3.2電路的調(diào)試 </b></p><p>　　仿真時發(fā)現(xiàn)報警電路里的LED燈不工作，原因是仿真中LED不能和蜂鳴器并聯(lián)，但實際中卻可以工作。我們

60、開頭設(shè)計時計數(shù)模塊采用的是74LS160，這種芯片置數(shù)很不方便，后查閱資料后改用CD4029。在焊接完電路進行調(diào)試的時候，我們發(fā)現(xiàn)報警電路部分里的555有時候會誤觸發(fā)，經(jīng)過分析，我們認(rèn)為是開機時的浪涌電路使555不穩(wěn)定，使它觸發(fā)。我們在電源的正負(fù)極處加了一個10uf的電容，還在555的觸發(fā)腳上接了一個10K的上拉電阻，這樣電路就可以工作正常。期間還發(fā)現(xiàn)脈沖發(fā)生的555輸出的低電平電壓高達2V多，研究發(fā)現(xiàn)是由于后一級的CD4518的輸入級

61、損壞，導(dǎo)致給555的灌電流太大，使得它的低電平被拉高，更換一個CD4518后電路終于工作正常。</p><p>　　3.3 測試結(jié)果分析：</p><p>　　將電路接上電源，然后將脈寬檔位切換到六秒檔，然后撥動撥碼開關(guān)把1110和1110分別置入計數(shù)器的低位片和高位片。當(dāng)時間到達12秒的時候，報警器工作，LED燈亮，音樂芯片驅(qū)動喇叭播放音樂，震動馬達轉(zhuǎn)動，效果類似于手機的震動效果。電路

62、全板工作正常。</p><p>　　第四章 結(jié) 論 和 體 會</p><p>　　課設(shè)不同于普通的上課過程中做的實驗，它需要大量的準(zhǔn)備工作，在這個過程中充分的熟悉和掌握了計數(shù)器的原理，和仿真軟件的使用方法，收獲很大。在整個設(shè)計過程中充分體現(xiàn)了基礎(chǔ)知識的重要性，基礎(chǔ)知識的掌握是課程設(shè)計的基礎(chǔ)，沒有理論知識的后盾就不能將電路設(shè)計得當(dāng)，或者說就根本設(shè)計不出來。</p><

63、p>　　在整個課程設(shè)計的過程中，我們經(jīng)歷了各種問題、挫折。例如最后我們發(fā)現(xiàn)音樂芯片驅(qū)動喇叭發(fā)聲效果不太好，音樂的聲音很小。查資料發(fā)現(xiàn)音樂芯片的輸出功率是0.5W，而喇叭的功率是2W，導(dǎo)致芯片和喇叭的功率不匹配。還發(fā)現(xiàn)即使是仿真軟件上能正常工作的電路在實際中也會有問題。在實際中我們要考慮各種因素帶來的干擾故障，例如：芯片連接中的灌拉電流的影響，箝位電阻阻值的選擇，一些電阻、電容不能全靠經(jīng)驗值來選取，有時候要經(jīng)過嚴(yán)格的理論計算才嚴(yán)謹(jǐn)。

64、</p><p>　　雖然整個電路制作期間我們遇到了各種問題，但依靠課堂上的基礎(chǔ)知識和平時的實踐經(jīng)驗，我們都完美的解決了出現(xiàn)的問題。同時在本次的課程設(shè)計過程中也收獲了許多，它不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，團隊協(xié)作能力；更重要的是學(xué)會了如何去分析問題、解決問題，將理論付諸于實踐。在今后的學(xué)習(xí)中我們會更加注意將理論與實踐相結(jié)合，因為再好的理論，都必須由實踐去證明，理論才實踐檢驗真理唯一標(biāo)準(zhǔn)。</p>

65、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　[2] 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002 </p><p>　　[3] 赫鴻安,徐紅媛.555集成電路實用大全[M].上海：上?？茖W(xué)普

66、及出版社,2005</p><p>　　[4] 常春藤.基于Multisim 9 的電子系統(tǒng)設(shè)計、仿真與綜合運用.人民郵電出版社.2008</p><p>　　[5] 郁漢琪.數(shù)字電子技術(shù)實驗與課題設(shè)計.高等教育出版社.1995</p><p>　　[6] 唐穎.數(shù)字電路.重慶大學(xué)出版社.重慶.2004年</p><p>　　[7] 畢滿清.

67、電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計（第三版）.機械工業(yè)出版社.北京.2006</p><p><b>　　附錄1：元器件清單</b></p><p><b>　　附錄2：芯片資料</b></p><p><b>　　NE555</b></p><p>　　555芯片引腳圖及引腳描述<

68、/p><p>　　555的8腳是集成電路工作電壓輸入端，電壓為5～18V，以UCC表示；從分壓器上看出，上比較器6腳A1的５腳接在R1和R2之間，所以5腳的電壓固定在2UCC/3上；下比較器A2接在R2與R3之間，A2的同相輸入端電位被固定在UCC/3上。</p><p>　　555集成電路是8腳封裝，雙列直插型，如圖2(A)所示，按輸入輸出的排列可看成如圖2(B)所示。其中6腳稱閾值端(TH

69、)，是上比較器的輸入；2腳稱觸發(fā)端(TR)，是下比較器的輸入；3腳是輸出端(Vo)，它有O和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定；7腳是放電端(DIS)，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4腳是復(fù)位端(MR)，加上低電平時可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端(Vc),可用它改變上下觸發(fā)電平值；8腳是電源端，1腳是地端。</p><p><b>　　CD4518</b&

70、gt;</p><p>　　CD4518/CC4518是二、十進制（8421編碼）同步加計數(shù)器，內(nèi)含兩個單元的加計數(shù)器，其功能表如真值表所示。每單個單元有兩個時鐘輸入端CLK和EN，可用時鐘脈沖的上升沿或下降沿觸發(fā)。由表可知，若用ENABLE信號下降沿觸發(fā)，觸發(fā)信號由EN端輸入，CLK端置“0”；若用CL℃K信號上升沿觸發(fā)，觸發(fā)信號由CL℃K端輸入，ENABLE端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1

71、”時，計數(shù)器各端輸出端Q1～Q4均為“0”，只有RESET端置“0”時，CD4518才開始計數(shù)。</p><p><b>　　引腳功能： </b></p><p>　　CD4518采用并行進位方式，只要輸入一個時鐘脈沖，計數(shù)單元Q1翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1為1，Q4為0時，每輸入一個時鐘脈沖，計數(shù)單元Q2翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1=Q2=1時，每輸入一個時鐘脈沖Q3翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1=Q

72、2=Q3=1或Q1=Q4=1時，每輸入一個時鐘脈沖Q4翻轉(zhuǎn)一次。這樣從初始狀態(tài)（“0”態(tài)）開始計數(shù)，每輸入10個時鐘脈沖，計數(shù)單元便自動恢復(fù)到“0”態(tài)。若將第一個加計數(shù)器的輸出端Q4A作為第二個加計數(shù)器的輸入端ENB的時鐘脈沖信號，便可組成兩位8421編碼計數(shù)器，依次下去可以進行多位串行計數(shù)。</p><p><b>　　CD4029</b></p><p>　　CD

73、4029 是由具有預(yù)進位功能的4 位二進制或BCD 碼十進制加減計數(shù)器構(gòu)成。</p><p>　　LD 為高電平時，D0～D3 預(yù)置計數(shù)器為任何狀態(tài)，為低電平時，對計數(shù)器清零。當(dāng)CI和LD 均為低電平時，在時鐘上升沿計數(shù)器計數(shù)。CO一般為高電平，只有在加至最大或減至最小時，為低電平。計數(shù)器閑置時，CI 端需與Vss 相連，當(dāng)B/ D為高電平時，以二進制計數(shù)；反之，為十進制。U/ D為高電平時，為加計數(shù)器；反之，為