课程设计说明书
课程设计名称： 数 字 电 路 课 程 设 计
课程设计题目： 数字式定时开关的设计
学 院 名 称： 信 息 工 程 学 院
专业： 通 信 工 程 班级： 090423
学号： 09042306 姓名： 高 易 通
评分： 教师： 张 小 林
20 11 年 9 月 20 日
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数字电路 课程设计任务书
20 11 －20 12 学年 第 1学期 第 2 周－ 3 周
题目 内容及要求 〖基本要求〗 设计并制作一数字式定时开关，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。 〖提高要求〗 l)输出部分加远距离(100m)继电器进行控制 2）延长定时时间 3)探讨提高定时精度的方法 数字式定时开关 进度安排 1. 仿真、画PCB线路板图、领元器件：2天； 2. 制作、焊接：1天 3．调试：2天 4. 验收：0.5天 5. 提交报告：2010-2011学年第一学期3～7周 学生姓名：高易通 沈文杰 指导时间：第2～3周 任务下达 考核方式 指导教师 20 11年 9 月 4 日 任务完成 指导地点：E 楼 508 室 20 11年 9 月 16 日 1.评阅 □√ 2.答辩 □√ 3.实际操作□√ 4.其它□ 张小林 系（部）主任 付崇芳 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
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摘 要
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：定时开关、报警、BCD码、译码显示
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目 录
第一章 设计内容及要求············································1 第二章 系统设计方案及工作原理
2.1 方案一···················································2 2.2 方案二···················································2 2.3 系统组成·················································3 2.4 工作原理·················································3 第三章 单元电路设计、参数计算、器件选择
4.1 控制电路···················································4 4.2 秒脉冲发生电路·············································4 4.3 计数器·····················································5 4.4 译码显示电路···············································6 4.5 报警电路···················································8 第四章 实验、调试及测试结果与分析································9 结论······························································10 参考文献··························································11 附录一····························································12 附录二····························································13 附录三····························································14
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第一章 设计内容及要求
一、课程设计要求
1、基本要求
设计并制作一数字定时开关，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个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。
2、提高要求
1）输出部分加远距离（100m）继电器进行控制 2）延长定时时间
3）探讨提高定时精度的方法
秒脉冲发生器 定时器 译码显示 控制电路 报警电路
图 1-1 数字式定时开关结构图
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第二章 系统设计方案及工作原理
2.1 设计方案一：
由一个555芯片及其电容、电阻构成一个多谐振荡器，通过选定两个电阻（47KΩ、50 KΩ）和两个瓷片电容（10μ
F，0.01μF）产生一个连续的秒脉冲信号，
作为计数器的时钟秒脉冲。根据最大定时为9秒，定时预置可由四个单刀双掷开关控制输入预置数。CD40192实现减计数功能，输入端连四个开关，其输出连CD4511芯片输入实现译码功能，再由LED数码显示计数。
CD40192由置数端LD、清除端CR、减法计数端CPD控制其功能。当时间显示为“0”时，即CD40192输出为“0000”时，输出的四个低电平经门电路得到“1”高电平，加至报警电路鸣声报警。（原理图见附录一）
2.2 设计方案二：
74LS192具有和CD40192芯片相同的管脚与功能，且对应相同。据此我们采用两个芯片的对换来实行两种方案的选择。（原理图见附录二）
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2.3 系统的组成
这一系统具体分为五大主要部分：控制电路、秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路、报警电路。这五部分都是环环相扣的，在整个电路中每个部分都不可或缺，功能各不相同，整个电路组装在一起，共同实现数字定时开关的功能。
2.4 工作原理
数字式定时开关由秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路、报警电路以及一些门电路和开关按钮组成的控制电路所构成的。其工作原理是由555芯片构成的多谐振荡电路作为秒脉冲发生电路产生一个脉冲信号，并将此脉冲信号输入计数电路，计数电路由CD40192构成，利用CD40192的减计数端进行倒计数，计数范围是0—9，由于输入的脉冲信号的频率接近一秒，计数器是每一秒减一计数，再通过CD4511译码器进行译码并由LED共阴数码管显示。报警电路可由一个高电平信号驱动蜂鸣器报警。当译码器的输出端全为低电平时，数码管上显示的是“0”。而四个低电平信号经过一个非门电路可以得到一个高电平来驱动蜂鸣器。这个高电平还能够反馈到计数器的清零端，使得计数器停止计数并保持，数码管的显示停留在“0”。用到一个按钮开关控制计数器的清零端，使得再按按钮时，倒计时又开始，完成整个基本的循环要求，从而实现数字式定时开关的功能。
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第三章 单元电路设计、参数计算、器件选择
4.1 控制电路
利用CD40192的减计数端(Q1、Q2、Q3、Q4)进行信号控制，四个开关作为置数和倒计时的控制。 4.2 秒脉冲发生电路
图4-1 秒脉冲发生器
多谐振荡器的振荡周期T1计算公式为：
T1=(R1+2R2)*ln2*C2
各参数的值：
R1=50k R2=47k C2=10μF
将各参数的值代入上面的计算公式得：
T1=0.9981≈1s
则可得到1秒的脉冲。
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4.3、计数器
CD40192为可预置BCD可逆计数器。其引脚图附录三所示。当MR为高电平时,计数器置0。PL为低电平时，进行预置数操作，P0—P3上的数据置入计数器中。当CPU=“1”时，在CPU上跳变，计数器减一计数。可由PL置数端和P0—P3数据输入端完成数字定时功能，在0~9内任意置数。
表4—4 CD40192的功能表
输入 MR 1 ０ 0 0 输出 Q3 Q2 0 d 0 c PL CPU CPD D3 D2 D1 D0 Q1 0 b Q0 0 a 0 1 1 1 d c b a 加计数 减计数 1
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4.4、译码显示电路
1、译码显示电路选用CD4511进行译码，选用共阴LED数码管进行显示。
2、数码显示译码器
（1）七段发光二极管(LED)数码管，LED数码管是目前最常用的数字显示器，图(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。
一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。
(a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 共阳连接（“0”电平驱动）
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图 4.4.1 LED数码管
（2）BCD码七段译码驱动器
此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验系采用CC4511 BCD码锁存／七段译码／驱动器。驱动共阴极LED数码管。附录三为CD4511引脚排列，
A、B、C、D — BCD码输入端
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。
LT — 测试输入端，LT＝“0”时，译码输出全为“1”
BI — 消隐输入端，BI＝“0”时，译码输出全为“0”
LE — 锁定端，LE＝“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE＝0时的数值，LE＝0为正常译码。
表4.4.2 CD4511功能表 输 入 LE BI LT D C 输 出 B A a b c d e f g 显示字形 消隐 11
× × × 0 0 0 0 0
0 × × × × 1 1 1 1 1 1 1 1 × × × × 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 锁 存 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 锁存 1 × × × × 表4.4.2为CD511功能表。CD511内接有电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。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。
4.5 报警电路
报警电路选用连接一个蜂鸣器够成报警电路。当CD40192的输出全为“0”时，经过门电路得到一个高电平驱动报警电路工作。只要四个输出有一个是高电平则得到的是一个低电平。到了“0”，蜂鸣器报警。没到“0”，不报警。
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第五章 实验、调试及测试结果与分析
本次实验，经过几天细心的焊接，终于如期的按照设计的原理图的布置焊接
完好，接下来的调试，让我们遇到了很多之前没有想到的问题，我们也根据着那个实验电路一步步排错，检查问题，并解决了好几个实际性的问题。
实验测试结果：本次课程设计要求：第一要实现预置数定时功能，第二要实现倒计时功能，第三要实现到零报警功能，第四要实现重置数循环功能。而我们这个实验成品电路只实现了预置数定时功能、倒计时功能和单一的报警功能，且一直处于循环状态，不停的叫，不停的走。
实验测试分析：根据实验电路的设计及测试结果与理相对比，个别要求未能完全达到，其一可能是因为实验原理图在仿真的时候存在调试问题，实验与理论存在较大的出入，但仿真未能体现，仿真只是一种理想模型，其二可能是因为电路中各元器件存在相互干扰，影响各元件的正常功能，导致个别功能未能全部实现，其三可能是因为个元器件焊接过程中出现虚焊，短路的现象，影响其功能，导致个别功能未能全部实现。
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结 论
本次设计基本达到了设计要求，秒脉冲发生器、计时器、译码显示器、控制电路、报警电路，这几个电路的功能模块都实现得比较好，将整个电路分成若干个基本模块进行分步设计与调试，最后将这些模块串联起来就是本次课程设计的基本的设计思路。
此次实验主要应用到CD40192芯片的预置数和自减计数功能，通过秒脉冲发生器用以自减计数，通过拨码开关进行预置数，并通过CD4511进行译码，最后通过一个LED数码管显示倒计时，整个电路组成了数字式定开关，本次设计能基本上满足设计要求。
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参考文献
【1】陈大钦.电子技术基础实验－电子电路实验•设计•仿真 第二版.武汉：华中理工大学，2000.
【2】彭介华.电子技术课程设计.北京：高等教育出版社，2003.
【3】谢自美.电子线路设计•实验•测试(第二版) .武汉： 华中科技大学出版社，2004.
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附录一
电路总原理图
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附录二
CD4511管脚图
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附录三
元器件清单
555 CD40192 CD4511 74LS04 R R1 R2 C1 C2 插槽 插槽 插槽 LED数码管 发光二极管 滑动开关 蜂鸣器
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555定时器 可预置BCD码计数器 BCD码7段译码器 非门芯片 电阻510欧 电阻10M 电阻1K 瓷片电容0.022F 瓷片电容0.01F 八脚 十四脚 十六脚 共阴LED数码管 绿色 5V 1个 1个 1个 1个 7个 1个 5个 1个 1个 1个 1个 个 1个 1个 5个 1个
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