数字电路课程设计(数字定时开关)文档格式.doc

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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。

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。

秒脉冲发生器

定时器

译码显示

报警电路

控制电路

图1

2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。

表1元件清单

名称

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

LM555CM

74LS192N

4511BD

5MA

1500HZ

74LS04D

4072BD

数量

2

7

各一

1

2.2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。

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】。

图3

2.4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】。

图4

2.5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】。

图5

2.6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。

图6

2.7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】。

图7

3整体电路

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。

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，当倒计数为0时会自动报警并一直保持为0。

总结

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。

同时，设计让我感触很深。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过这次课程设计，我掌握了数字式定时开关设计的识别和测试；

熟悉了数字式定时开关；

了解了设计数字式定时方法；

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

致谢

在此要感谢我的指导老师司小平老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是我最大收获和财富，使我终身受益。

课程设计说明书第10页

参考文献

[1]张义申，陆坤等.电子设计技术[M].西安:

电子科技大学出版.1996.

[2].阎石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社.2010.04

[3].陈有卿.555时基集成电路原理与应用.机械工业出版社.2006.05

[4].陈永甫.多功能集成电路555经典应用实例（第二集）.电子工业出版社.2009.06

[5]王毓银.脉冲与数字电路（第三版）.高等教育出版社，1999.

[6]路勇.电子电路实践及仿真（第一版）.清华大学出版社，2004.

[7]岳怡.数字电路与数字电子技术（第一版）.西北工业大学出版社，2001.

[8]刘常澍.数字逻辑电路（第一版）.国防工业出版社，2002.

[9]萧宝瑾.protel99SE操作指导与电路设计实例（第一版）.太原理工大学，2004.

[10]赵学良，张国华.电源电路[M].北京:

电子工业出版社,1995.