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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要 “日出而作，日没而息”是人类在低水平生产力的农耕时代的生活规律，这是通过太阳来大概的测量时间。在古时候也有使用日晷、燃香、沙漏等来衡量时间。而在现代有各种时间衡量工具，如手机、手表、秒表。为提高生活质量以及效率，家庭中的许多电路需要定时装置来实现自动控制。本次课题目的：设计数字式定时开关，通过BCD拨码开关来实现定时时间的长短，并倒计时显示时间，通过减计数器实现时间的计时，时间到了之后，发出报警音，并切断电路，以实现定时功能。本设计采用CD4060芯片，即14级2分频器和振荡器，外搭载晶振振荡回路产生秒脉冲，作为时钟脉冲，以供计数器作为时钟信号。由于采用的327
2、68Hz的晶体振荡器，需要15级分频，在CD4060之后加一D触发器再次实现二分频得到秒脉冲信号。之后经由74LS190十进制BCD码减计数器实现倒计时计数。而后通过CD4511芯片将4位的BCD码译码成七段共阴数码管需要的码段。通过计数器的借位端来实现报警、控制等功能。结论以及实现的功能：本次设计完整的实现了9秒倒计时计数，并且能够保持0状态蜂鸣器报警，且通过继电器切断LED回路。与此同时拓展了一块74LS190芯片来实现级联，实现了99秒倒计时计数。可通过8位BCD拨码器预置所需要的倒计时时间。关键字：定时、秒脉冲、减计数器、BCD码、继电器专心-专注-专业目录 前 沿1第一章 设计要求
3、2 1.1 基本要求 2 1.2 提高要求 2第二章 系统的组成及工作原理 32.1系统组成 32.2 系统工作原理 3第三章 电路方案设计 43.1 秒脉冲的实现 4 3.1.1方案一（NE555多谐振荡器） 4 3.1.2方案二（CD4060振荡分频器）4 3.1.3 秒脉冲方案的选取 63.2减计数的级联7 3.2.1 方案一7 3.2.2 方案二7 3.2.3 减计数方案的选取8第四章 单元电路的设计与仿真94.1秒脉冲电路的设计与仿真 9 4.1.1 NE555秒脉冲电路的设计与仿真 9 4.1.2 CD4060秒脉冲电路的设计与仿真104.2 BCD十进制减计数器设计与仿真 144
4、.3 译码显示电路设计与仿真16 4.3.1 CD4511译码驱动电路的设计与仿真16 4.3.2八段共阴数码管 174.4 控制电路及报警与开关电路的设计与仿真19 4.4.1控制电路（保持0功能）的设计与仿真 19 4.4.2 控制电路（置数功能）的设计与仿真 20 4.4.3 报警与开关电路的设计与仿真 20第五章 实验、调试及测试结果分析215.1 实验215.2 调试225.3 测试结果及分析22 第六章 结论23 参考文献24 附录25 附录一 Multisim仿真原理图25 附录二 PCB原理图25 附录三 芯片资料26 附录四 设计作品展示28 附录五 元件清单29前言随着社会
5、的发展，家用电器不断地步入家家户户，在定时方面的电路就更加迫切需要，通过定时来告诉用户电器的工作状态，以及控制电器工作，保护电路，节省资源。现在的家用电器，如空调，全自动洗衣机，风扇等都有开关定时功能，使得电器更加智能化，性能更加稳定。本次课程设计目的在于通过数字电路实现短时间的定时功能。通过继电器可以应用到各种电器中的计时电路中，同时可以拓展到长时间的计时工作电路。在现实生活中具有很多大的实用价值。第1章 设计要求 1.1 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
6、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。1.2 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第2章 系统的组成及工作原理2.1 系统组成外部操作开关减计数器秒脉冲发生器报警电路控制电路数码管译码显示 图1.1 系统组成图2.2 系统工作原理 本设计通过秒脉冲作为减计数器的cp脉冲，每来一个cp，减1计数，同时通过译码器，将数值数码管显示。当计数值减到0时，电路报警，并断开需要控制的电路。通过外部的开关可实现置数，重新计时。下面详细叙述电路工作流
7、程。 秒脉冲的实现有很多方法，本设计将NE555 和 CD4060加入考虑范畴。NE555通过外部电阻电容实现振荡；CD4060即可以使用容性振荡回路，又可以使用晶体振荡器来提高时间的精度。产生的秒脉冲接入74LS190十进制加减计数器的cp端作为时钟脉冲。而后经由CD4511 七段共阴数码管译码芯片来将74LS190的输出BCD码译成数码管可用的码段，并显示。当计数值达到0时，74LS190 借位端输出一个低电平，经由反相器实现变为高电平来实现控制的作用。此时经过一个NPN三极管，此三极管在此作为开关使用，当高电平时，三极管导通，蜂鸣器报警，同时继电器工作，切断工作电路。同时该高电平返回秒脉
8、冲产生芯片，切断秒脉冲的产生，以此达到保持在0状态的效果。外部控制开关可以使用单刀双掷的拨动开关，也可以使用按键开关，这是需要串接电阻，来实现高低电平的转换，该开关接入 74LS190 的置数端，以此来实现重新计时的功能，此时借位端变为高电平，重新开始减计数直到减为0为止。通过74LS190 的4个并行数据输入端可以实现计时时间的可变，只要在数据段前接上一组拨码开关即可。想要延长计时时间，只要将 74LS190级联即可，其中一种级联方法为第一级74LS190 的借位端接到下一级的cp端，第二种方法，第一级和第二级共用同一时钟脉冲，但是第一级的借位端接到下一级的保持端。第3章 电路方案设计3.1
9、 秒脉冲的实现3.1.1方案一（NE555多谐振荡器）图3.1 NE555多谐振荡器图3.1为使用NE555多谐振荡功能电路产生秒脉冲的电路，由3脚接出即可得到接近1S的脉冲信号。通过R1，R2，C2，可以求的振荡周期，即脉冲信号周期，由此可通过周期选取电阻电容。其中C1为滤波电容，滤除杂波，一般选取0.01uF。3.1.2方案二（CD4046振荡分频器）图3.2为使用CD4060芯片构成的振荡电路，CD4060为SOC振荡器，同时也为14级分频器。因此采用32768Hz的晶振振荡，14级分频得到的脉冲信号频率为 因此要得到1S 的时钟周期信号，仍需要一次2分频，这时可采用74LS74双D触发
10、器，见图3.3，其中RS端为功能清除、预置端。 图3.2 CD4060振荡分频电路 图3.3 74LS74双D触发器二分频电路 3.1.3 秒脉冲方案选取由于石英晶体振荡器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定性高等优点，选取方案二，CD4060振荡分频电路。NE555产生的秒脉冲信号误差相对较大，尤其是电阻无法得到合适的阻值，电容没有合理搭配。必然导致周期一定的偏差，且该误差将大于石英晶体振荡器的误差。遂选取方案二。3.2 减计数的级联3.2.1 方案一 图3.4 74LS190级联电路1 图3.4为74LS190的级联电路，两芯片共用同一cp脉冲信号，第一级输出不为0事，U1的RC为高电平
11、，此时U2保持，第二级数值不变；当第一级减数到0时，U1的13脚RC端产生一个低电平信号，U2减数工作，再来一个cp，即一秒U1回到9，U2回到保持状态。3.2.2 方案二 图3.5为74LS190的另一种级联电路，第一级的cp端由秒脉冲信号提供，第一级的借位端给第二级的cp端，即U3的RC与U4的cp相连。当U3减到0时产生一个借位输出，相当于一个cp，此时U4减计数。 图3.5 74Ls190级联电路23.2.3减计数级联方案选取 由于两种方案并没有太大差别，本设计选取方案二。第4章 单元电路设计与仿真4.1 秒脉冲电路设计与仿真4.1.1 NE555秒脉冲电路设计与仿真 图4.1 NE555多谐振荡器图3.1 为使用NE555芯片构成秒脉冲信号产生的电路。此时R1=30K，R2=56K ，C=10uF 。其中5脚接的0.01uF电容为滤波作用。Rl为负载，在实际电路中不做考虑。有NE555多谐振荡周期计算公式 公式1 选取C为10uF电容 ，则R1+2R2 142.86 K。 因此取 R1 = 30K R2 = 56K此时求的 T = 0.994 S 误差 = 0.994
