可调延时电路设计

成绩

课程设计说明书

题 目： 可调延时电路设计

课程名称： 数字电子技术 学 院：电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 201102010063 专业班级： 自动化2011级2班 指导教师： 张修太

2013年6月7日

课 程 设 计 任 务 书

设计题目 学生姓名 翟英博 所在学院 可调延时电路设计 电子信息与电气工程学院 专业、年级、班 自动化11级2班 设计要求： 1.设计制作一个可调延时电路； 2.用5V电源供电； 3.通过电位器调节延时时间，延时时间可调范围为0~10分钟； 4.用按键触发电路产生延时； 5.用LED灯指示延时状态，LED灯亮，延时开始，LED灯灭，延时结束。 主要元件：555定时器、电位器、LED、按键、74LS00 学生应完成的任务： 1.用multisim软件设计与仿真电路； 2.用Altium Designer软件设计原理图； 3.用Altium Designer软件设计PCB板； 4.制作PCB板，并安装调试； 5.书写课程设计报告。 参考文献： [1] 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京大学出版社,2012.10. [2] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].四版.高等教育出版社,2006.5. [3] 邱关源.电路[M].五版.高等教育出版社.2006. [4] 彭介华.电子技术课程设计指导[M].高等教育出版社.2008.12 [5] 陈大钦.电子技术基础实验-电子电路实验、设计、仿真[M].高等教育出版社.2000.1 工作计划： 5月27—30号完成电路原理图设计；5月30--31号完成PCB板设计；6月3—5号完成PCB板制作并安装调试；6月5—7号书写课程设计报告并提交。 任务下达日期： 2013年 5 月20日 任务完成日期： 2013年 6 月7 日 指导教师（签名）： 学生（签名）：

可调延时电路设计

摘 要：设计了一个可调延时电路，通过调节电位器来改变延迟时间的长短，通过测量LED亮的时间来确认延时时间，设计延时范围为0-10s。该电路由555定时器、电位器、LED、按键、电阻、电容和5V电源构成。在本此次设计中通过Multisim仿真、Altium Designer设计原理图和制作PCB板，完成了可调延时电路的课程设计任务，能够实现0-10s的延时功能。

关键词：可调延时；555定时器；按键触发；电路仿真

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目 录

1. 设计背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

1.1 数字电路系统和数字电路的定义和组成„„„„3 1.2 可调延时电路的作用及基本构成„„„„„„„3 2. 设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

2.1 任务分析„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.2 方案论证„„„„„„„„„„„„„„„„„3 3． 方案实施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.1 原理图设计„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.2 P C B制作„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.3 安装与调试„„„„„„„„„„„„„„„„5 4. 结果与结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 5. 收获与致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 6. 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 7. 附件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

7.1 电路原理图„„„„„„„„„„„„„„„„7 7.2 P C B布线图„„„„„„„„„„„„„„„8 7.3 元器件清单„„„„„„„„„„„„„„„„8

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1. 设计背景

1.1 数字电路系统和数字电路的定义和组成

数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。

数字电路是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路，又叫数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

1.2 可调延时电路的作用及基本构成

在数字电路设计中优势需要把一个信号延时一段时间再和另一信号作用。可调

延时电路是通过按键触发，使得电路信号得到延迟。核心器件是555定时器，由一个LED灯表现出延时时间。

2.设计方案

2.1任务分析

根据课程设计要求，分析可知，可调延时电路是由555定时器、电阻、电容、

LED灯、电位器和按键所组成。接通5V直流电源后通过按动按键触发，输出为1使得LED灯发亮，过几秒后输出变为0，此时LED灯熄灭。从而实现延时效果。

2.2 方案论证

在可调延时电路中，需要体现电路的延时功能。由按键触发，在发光二极管上表现出延时功能,发光二极管亮时延时开始，熄灭时延时结束。电路结构框图如图1所示。

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接通 5V 电源 按 动 按 键 L E D 亮 L E D 灭

图1 电路结构框图

3. 方案实施

3.1 原理图设计

555集成时及电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成 多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。555定时器的逻辑符号图如图2所示。

8VCC47625RSTDISTHRTRICONGND1OUT3

图2 555定时器的逻辑符号图

当按下按键K时，电容C1接地导致电容的电压下降，电容电压的下降导致2脚电压下降到小于1/3 VCC，此时电源给C3充电，导致6脚电压慢慢上升，经过t=(R2+R3)C1*ln3时间后上升到大于2/3 VCC时，3脚输出为“0”，LED灯熄灭，此时6脚电压又下降到0，因为按键已经松开，2脚电压为VCC，继续保持LED灯不亮。

接通电源后LED不亮，按一下按键后LED灯亮几秒后熄灭，不按按键时LED不亮。

按照电路图在仿真软件Multisim上一一选择各器件并进行连接，将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，然后打开Multisim的开关。看是否符合电路设计的功能。

设计可调延时电路原理图如图2所示

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图2 可调延时电路原理图

3.2 P C B制作

在原理图设计无误的情况下，通过Altium Designer软件进项PCB板的设计。在布线前要完成对电路图各元件的封装。在封装时，要注意，因为对于同一个元件可能又多种封装方式。封装时根据所给元件的类型选择合适的封装对各个元件进行封装。封装完成后，把原理图导入PCB板。导入PCB板后，再对元件的位置重新手动摆放，使尽量少的线重叠，以减少布线时的跳线出现。

PCB板如图3所示

3.3 安装与调试

在安装时要注意电容和发光二极管有没有插反。安装好所有的器件后开始焊接，焊接完后按照电路图逐一检查电路有没有漏焊的问题，接下来用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。在线路没有问题的情况下连接电源调试，之后用电源逐个模块进行检查。加入5V电压后看能否正常工作。在安装调试时我没能按照正确的步骤执行，使得安装过后无法实现延时功能，之后经过多次检查与修改，成功完成安装与调试任务。

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111222181227213611452654122131232 图3 PCB图

4. 结果与结论

我们首先在Multisim软件上进行电路的设计，设计好后进行仿真。经过仿真后

发现按动触动开关S之后发光二极管没能正常发光，之后发现原来是有一个电阻没能连接到正确的线路上。经过改正，再次仿真后得到了正确的电路原理图。之后利用Altium Designer软件进行PCB的设计与封装。经过调整各元件的位置，设计好了PCB板，并没有一条跳线。但制作好PCB板后接通电源按动触动开关后发光二极管无法发光。之后查看原理图，发现电源与六角开关接线错误，Header2应该接六角开关的1、6接头，3接VCC、4接地，而之前设计的是3、6接header2，2接VCC，4接地。还有一处错误就是输入的一直是高电平，输出为低电平，二极发光

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管无法发光，没办法实现延迟功能。所以在原理图上进行了修改，把C1和R1删除了。同时PCB板也进行了正确的修改。但是PCB版型已经制作好。所以只好用跳线或者焊锡来代替导线进行修改。修改过后，发光二极管还是不亮。后来经过老师的测试发现，原来是发光二极管接反了，后又把二极管正确接上。

5. 收获与致谢

经过两个星期的课程设计，我收获了很多。不仅培养了我的理论联系实践能力，也提高了专业实践技能；通过实践加深了关于数字电子技术理论知识的理解，通过自己动手设计掌握数字电路的一般设计方法，培养了初步的独立设计能力。也提升了自己的动手能力。掌握了PCB、multisim、proteus等电路仿真软件的应用，掌握了数字电路的安装与调试的一般方法。为专业课学习和从事科学研究打下良好的基础。对学习产生了更大的兴趣。在设计过程中我也感到了自己的能力不足，在设计时没有按照要求严格执行，一开始的原理图都弄错，导致后面制作PCB板时产生了很多问题，所以今后做事一定要认真仔细，把每一步都走好，不要再马虎大意，要有耐心的去解决问题。

在本次课程设计中，我要感谢我的指导老师张修太老师，在设计过程中，老师给我们讲解一些关于设计电路的知识和注意事项。不懂的时候问老师老师也耐心的给我解决问题。在我的PCB板一次一次的修改过程中是老师一次一次的耐心指导才能使我能够完成任务。随意要感谢老师的指导。

6. 参考文献

[1] 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京大学出版社,2012.10. [2] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].四版.高等教育出版社,2006.5. [3] 邱关源.电路[M].五版.高等教育出版社.2006.

[4] 彭介华.电子技术课程设计指导[M].高等教育出版社.2008.12

[5] 陈大钦.电子技术基础实验-电子电路实验、设计、仿真[M].高等教育出版社.2000.1

7. 附件

7.1 电路原理图

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电路原理图如图4所示。

VCC5VVCC8VCC9U1OUT33100kΩ15%Key=A85470ΩC1220uF120kΩ23C210nF47625RSTDISTHRTRICONGND14LM555CNLED1J4Key = SpaceGNDGND

图4 可调延时电路原理图

7.2 PCB布线图

PCB布线图如图5所示。

7.3 元器件清单

元器件清单如表1所示。

表1 元器件清单 名称 按键 555定时器 电位器 电阻 功能 触发开关 定时 100KΩ 20KΩ 100Ω 个数 1 1 1 2 1 1 1 1 1 8

电容 10nF 100uF 1000uf 发光二级管

红

图5 PCB布线图

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指导教师评语： 课程设计报告成绩： ，占总成绩比例： 40％ 课程设计其它环节成绩： 环节名称： 原理设计 ，成绩： ，占总成绩比例： 20％ 环节名称： PCB设计 ，成绩： ，占总成绩比例： 20％ 环节名称： 安装调试 ，成绩： ，占总成绩比例： 20％ 总 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 本次课程设计负责人意见： 负责人签字： 年 月 日 10