定时控制器逻辑电路设计.docx
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定时控制器逻辑电路设计.docx
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定时控制器逻辑电路设计
定时控制器逻辑电路设计
作者:
xxx
指导教师:
xxxxxxx
[摘要]为了能使一起在特定得时间内工作,通常需要人在场干预才能完成。
本课程设计得定时控制器,就就就是能使您不在时,仪器也能按时打开与关闭。
例如您想用录音机、录像机录下某一时间段得节目,而这一段时间您又有其她事要做,不在家或机器旁边,您就可以事先预置一下定时器。
在几点几分准时打开机器,到某时某刻关掉机器。
本文介绍得定时控制器由数字钟单元、定时单元与控制器单元以及继电器输出单元等几部分组成,并详细介绍了定时控制器得设计方案、功能及在设计过程中所做得改进。
[关键词]数字钟电路;定时电路;控制电路;继电器电路ﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩ
一、设计任务
设计一个带数字电子钟得定时控制器逻辑电路。
二、设计要求
1、基本要求
1、1具有电子钟功能,显示为四位数字。
1、2可设定定时起动(开始)时间与定时结束(判断)时间。
1、3定时开始指示灯亮;定时结束,指示灯灭。
2、发挥部分
定时范围可以选择,能精确到分钟。
三、说明
1、时间要求:
6月29日至7月2日共1周ﻩﻩﻩﻩ
2、内容:
完成实际电路,总结报告。
定时控制器由数字钟单元、定时单元以及控制器单元与继电器输出单元等几部分组成。
如图3、1所示为定时控制器系统框图。
ﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩ
图3、1定时控制系统框图
四、方案选择与论证
ﻩ1、数字中单元电路
一般而言数字钟单元得设计与制作可以采用数字电路来完成,也可以采用单片机来完成、若采用数字电路来完成,其功能主要就就是依赖于数字电路得各功能模块得组合来实现,尽管电路复杂,但电路原理及元件连接较为简单,易于以后调试、改正;而采用单片机来设计制作,由于其功能得实现主要就就是通过软件编程来完成,虽然降低了电路得复杂性,但编程冗长且较难,不易完成,修改调试困难,不易于操作、本电路就就是以简单得数字逻辑电路为基础,来实现数字钟单元。
ﻩ方案一:
采用数字电路控制,其原理方框图如图4.1.1所示。
由晶振电路经分频产生1Hz标准秒脉冲。
整个计数器电路,采用74LS系列芯片,由分计数器、时计数器串接而成。
校时电路由分频产生得1Hz脉冲输入,手动进行时与分得调整校正。
再由译码器加数码管组成译码显示部分。
ﻩ显示器显示器
译码器校时电路ﻩ译码器
分频器
晶振ﻩ
图4.1.1采用数字逻辑电路组成数字钟单元框图
ﻩ方案二:
采用单片机控制。
采用单片机IO端口,及其控制功能,实现数字钟单元得显时与调时等功能。
其原理方框图如图4.1.2所示。
图4.1.2采用单片机组成数字钟单元框图
ﻩ2、定时器定时时间得设定
方案一:
可用逻辑开关(四个一组),分别置入0或1,再加译码、显示电路,就可知其所设定得具体值。
例如,四位开关为“1001”,显示器即显示数字“9”。
因为有译码器与数码管得组合,才能实现定时显示,故电路较为复杂。
ﻩ方案二:
用8421BCD码拨码开关KS系列器件,拨码开关本身可显示数字,同时输出BCD码。
例如,拨码开关置成“6”,其8421端分别输出“0110”,并有数字“6”指示。
该方案中,只需两组开关(每组4个8421BCD码拨码开关)即可实现定时即显示,电路简单可行。
ﻩ由于仿真软件Multisim10内,并无8421BCD码拨码开关,若仿真,则第二方案不可行,选择第一方案,第一方案电路复杂,尤其就就是译码器与数码管得组合,电线较为繁杂,本实验中将此部分不作为重点,定时时间设定电路单元省去译码器与数码管得电路,读取定时时间时,直接由逻辑开关读取置入数值,人为计算获得相应定时时间即可。
读取方法,根据8421BCD码表,将逻辑开关置入得四位二进制数转化为0—9得十进制数。
如果要将此电路做成实物成品,应当首选第二种方案,选用8421码BCD码开关,性能可靠,电路简单,成本低,容易完成。
3、控制器单元
ﻩ控制器得任务就就是将计数值与设定值进行比较,若两者值相等,则输出控制脉冲,就就是继电器电路接通。
由于定时得时间有起始时间与终止时间,所以,为了区别这两个不同信号,采用交叉供电或采用三态门进行控制。
本电路采用交叉供电得方式,简单易行,只要在继电器电路中再串入一个继电器即可,由继电器得闭合与开断,来实现交叉供电,即在定时得起始时间时,该继电器闭合,给起始时间逻辑开关供电,而在定时得终止时间起作用时,继电器断开给终止时间得逻辑开关供电。
以此来区别起始时间信号与终止时间信号。
4、继电器电路
继电器得通、断,受控制器输出控制,当“开始定时”设定值到达时,继电器应该接通。
而当“定时结束”设定值到达时,继电器应断开。
其定时波形如图4、4所示。
继电器得触点可接交流、直流或其她信号。
ﻩﻩﻩﻩ 继电器接通
ﻩ定时开始ﻩ 定时结束
图4、4定时波形图
五、电路得功能单元设计
1、数字钟单元
1、1秒脉冲发生器
秒脉冲发生器就就是数字钟单元得核心部分,它得精度与稳定度决定数字钟得质量。
通常用晶体震荡器发出得脉冲经过整形、分频获得1Hz得秒脉冲。
如晶振为32768Hz,通过15次二分频后可获得1Hz得脉冲输出。
本电路由U1CD4060分频器及U274LS112触发器将32768Hz得晶振进行分频,获得1Hz秒脉冲。
电路图如图5.1.1所示,开关S1处输出1Hz脉冲。
图5.1.1 秒脉冲发生器
1、2分、时计数器
这一部分电路均使用中规模集成电路74LS系列实现分、时得计数。
其中分为六十进制,时为二十四进制。
U3,U5,U7,U8 均为74LS90十进制计数器,U4,U6 均为74LS92 十二分频计数器。
秒脉冲通过U3,U4,U5与U6进行分频。
其中U3与U5为74LS90十进制计数器,以“除六”方式工作。
U3,U4,U5与U6得输出方波频率分别为1/10,1/60,1/600,1/3600Hz。
U7与U8为二十四进制,其时间显示从00到23。
其电路图如图5.1.2所示。
图5.1.2分、时计数器电路
1、3译码显示ﻩ
所有计数器得译码显示均采用BCD-七段译码器,显示器采用共阴或共阳数码管。
U5-U8输出得BCD码被分别接到U9-U12。
U9-U12均为74LS48BCD-七段译码器电路,由它驱动七段共阴LED数码管。
四个数码管给出从00:
00到23:
59得时间显示,而D1与D2为发光二极管显示,用来显示秒脉冲。
电路图如图 5.1.3所示。
ﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩ
ﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩ
图5.1.3 译码显示电路
1、4校正时间电路
在刚刚开机接通电源时,由于时分为任意值,所以,需进行调整。
置开关在手动位置,分别对时、分进行单独计数。
计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。
在本电路中,开关S1用来预置时间,当它置于位置A时,数字钟处于正常状态;当她置于位置B时,给出1Hz得脉冲到分计数器U5;当它置于位置C时,它给出1Hz得脉冲到小时计数器U7。
2、定时器定时时间得设定
定时器控制得功能就就是将数字钟得时间与预置得开、关时间进行比较,并完成相应得开关动作。
在定时器预置开关电路中,有两组开关——其实定时时间开关与终止定时时间开关。
每组有四个开关(逻辑开关J1-J8,J1-J4为其实定时时间开关,J5-J8为终止定时时间开关开关)。
根据需要设置得定时时间,由8421BCD码表,将0—9得十进制数转化为四位0-1二进制数,分别置入逻辑开关即可。
例如定时时间为“09:
30”即在4个逻辑开关相应依次输入“0000”,“1001”,“0011”,“0000”。
3、控制器单元
控制器得任务就就是将计数值与设定值进行比较。
U8-U5数字中输出与定时逻辑开关输出就就是通过异或门74LS86(电路图中U18-U21)进行一位一位得比较,当定时开关时间到,即所有得值全相等时,在74LS30与非门(图中U23)输出端输出一个负脉冲,使控制触发器74LS112(图中U24)变为高电平。
双下降沿JK触发器74LS112,在时钟脉冲CP得后沿(负跳变)发生翻转,它具有置0、置1、计数与保持功能。
JK触发器得状态方程如式5.3.1所示。
74LS112引脚排列如图5、3、2所示。
功能如表5、3、3所示。
ﻩﻩﻩﻩ公式5.3.1 JK触发器状态方程
J与K就就是数据输入端,就就是触发器状态更新得依据,若J、K有两个或两个以上输入端时,组成“与”得关系。
Q与为两个互补输出端。
通常把Q=0、得状态定为触发器“0”状态;而把Q=1、定为“1”状态。
图5.3.2JK触发器74LS112引脚图
JK触发器一般都有异步置位、复位端,作用就就是预置触发器初态。
当不使用时,必须接高电平(或接到电源+5V上),不允许悬空,否则容易引入干扰信号,使触发器误动作。
表5、3、374LS112功能表
输 入
输出
D
D
CP
J
K
Qn+1
n+1
0
1
×
×
×
1
0
1
0
×
×
×
0
1
0
0
×
×
×
φ
φ
1
1
↓
0
0
Qn
n
1
1
↓
1
0
1
0
1
1
↓
0
1
0
1
1
1
↓
1
1
n
Qn
1
1
↑
×
×
Qn
n
4、 继电器电路
由控制电路作用,使控制触发器74LS112(图中U24)变为高电平,即Q为高电平,使得继电器RL1与RL2接通,定时器开始定时。
RL1得接通,使得+5V从加入“起始定时开关”而转加到“终止定时时间开关”上。
由于控制触发器74LS112(图中U24)中Q=1(=0),使定时器得“定时开始指示灯”亮。
当时间运行到“终止时间”设定值时,74LS30与非门(图中U23)输出端又一次输出一个负脉冲,使得控制触发器74LS112(图中U24)翻转,即Q=0。
U24得低电平使T1与T2关断,RL1继电器释放,又回到定时前得工作状态。
同时Q=0又使“定时结束指示灯”亮。
继电器RL1输出端,一端接起始定时时间逻辑开关,另一段接终止定时时间逻辑开关,由此来实现交叉供电,即在定时得起始时间时,该继电器闭合,给起始时间逻辑开关供电,而在定时得终止时间起作用时,继电器断开给终止时间得逻辑开关供电。
RL2用于外接所需控制得仪器。
按下S3,可以去掉预先存在得“定时”设定。
继电器部分电路如图5、4所示。
ﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩﻩ图5、4继电气部分电路
六、收获体会与改进意见
课程设计终于完成,在这个过程中我遇到了很多困难,知识得缺乏,对画图与仿真软件得不熟悉等等,这其中得到了指导老师得很多帮助,同时也给我提供了一些建议与意见。
这个课题用到了数字电路方面得知识,通过这次课程设计,使我对TTL74系列、CMOS系列元器件以及其她集成电路有了一定得了解,平时课上得学习并不能很好得理解与运用各个元件得功能,所以通过这次课程设计过程中,我们了解了很多元件得功能,并且对于其在电路中得使用有了更多得认识。
刚拿到课程设计得题目,起初不知该从何下手,经过老师指导设计与对材料得讲解,再到图书馆与网上查找大量资料,才慢慢了解课程设计。
在资料与电脑前思考得过程就就是苦涩得,在图书馆中查找资料得过程就就是也就就是艰辛得,但当课程设计完成时,那感觉就就是舒服得,才真正理解到没有付出就不会有回报得真正含义,一份耕耘一份收获,有付出才会有回报,这个过程中我也学会了怎样去更有效地学习,怎样与她人探讨,学会了怎样快速高效得搜集自己所需得资料。
其次,通过这次课程设计,加强了我动手、思考与解决问题得能力。
而且,知识上得收获重要,精神上得丰收更加可喜。
挫折就就是一份财富,经历就就是一份拥有。
这次课程设计必将成为我学习生涯上一个非常美好得回忆!
只有理论知识就就是远远不够得,只有把所学得理论知识与实践相结合起来,从而提高自己得实际动手能力与独立思考得能力。
在设计得过程中遇到问题,可以说得就就是困难重重,这毕竟第一次做得,难免会遇到过各种各样得问题,同时在设计得过程中发现了自己得不足之处,对以前所学过得知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
我们应该把定时控制器这一项技术学得更透彻一些,能实际得应用到每一个生活角落,不仅仅就就是这一项,实际生活中有很多对定时器得应用。
我对相关知识还有待提高,自身得不足对生活中得应用有很大得阻碍,我要加紧对自身得提高进行学习,努力做到在对专业知识得掌握与熟练运用。
以后我会主动参加一些实践活动,进一步增强自己得动手能力。
这次课程设计我懂得要具备严谨,大胆,勇于创新得精神。
我从中获益匪浅,学到了小心谨慎,实事求就就是得态度,也得到了老师与同学得大力帮助与支持,对大家表示由衷得感谢。
本电路就就是以简单得数字逻辑电路为基础,来实现定时控制功能。
其功能主要就就是依赖于数字电路得各功能模块得组合来实现,性能可靠,操作简单,成本低等特点。
但也有不足,比如由数字电路来实现数字钟单元,电路较复杂,电线容易搭接错误,不好修改,以后应多尝试用单片机编程来实现,以此来总体简化电路。
参考文献
[1]李维、数字电路课程设计及实验[M]、大连理工大学出版社,2008、
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[3]余孟尝,清华大学电子学教研组、数字电子技术基础简明教程[M]、高等教育出版社,2006、
[4] 童诗白,华成英,清华大学电子学教研组、模拟电子技术基础[M]、高等教育出版社,2006、
[5]孟涛、电工电子EDA实践教程[M]、机械工业出版社,2009、
附录A1:
硬件总图,软件仿真图
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- 关 键 词:
- 定时 控制器 逻辑电路 设计