数字式定时开关资料

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32768Hz 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

目录

前沿 (1)

第一章设计要求 (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 (3)

2.1系统组成 (3)

2.2 系统工作原理 (3)

第三章电路方案设计 (4)

3.1 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 (6)

3.2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 (9)

4.1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 (10)

4.2 BCD十进制减计数器设计与仿真 (14)

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 (17)

4.4 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 (21)

5.1 实验 (21)

5.2 调试 (22)

5.3 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。

第一章设计要求

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

第二章系统的组成及工作原理

2.1 系统组成

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