定时控制器逻辑电路设计.doc

定时控制器逻辑电路设计作者:xxx指导教师:xxx xx摘要为了能使一起在特定的时间内工作,通常需要人在场干预才能完成。本课程设计的定时控制器，就是能使你不在时，仪器也能按时打开和关闭。例如你想用录音机、录像机录下某一时间段的节目,而这一段时间你又有其他事要做，不在家或机器旁边，你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.本文介绍的定时控制器由数字钟单元、定时单元和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的设计方案、功能及在设计过程中所做的改进。关键词数字钟电路；定时电路;控制电路；继电器电路一.设计任务设计一个带数字电子钟的定时控制器逻辑电路。二。设计要求。基本要求1。1具有电子钟功能，显示为四位数字.1。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.时间要求：6月29日至7月2日共1周.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和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 继电器 输出单元数字钟单元定时时间 设定控制器 单元图3。 定时控制系统框图四.方案选择与论证。数字中单元电路一般而言数字钟单元的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,其功能主要是依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现,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，由于其功能的实现主要是通过软件编程来完成,虽然降低了电路的复杂性,但编程冗长且较难,不易完成，修改调试困难，不易于操作.本电路是以简单的数字逻辑电路为基础,来实现数字钟单元方案一：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1z标准秒脉冲。整个计数器电路,采用74L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的1H脉冲输入，手动进行时和分的调整校正。再由译码器加数码管组成译码显示部分显示器显示器译码器校时电路译码器 分频器 晶振图.1。1 采用数字逻辑电路组成数字钟单元框图方案二:采用单片机控制.采用单片机IO端口,及其控制功能，实现数字钟单元的显时和调时等功能。其原理方框图如图4.1。2所示。键盘控制89C51单片驱动电路 LED数字显示图。2 采用单片机组成数字钟单元框图2。定时器定时时间的设定方案一：可用逻辑开关（四个一组),分别置入或1,再加译码、显示电路，就可知其所设定的具体值。例如，四位开关为“101，显示器即显示数字“9.因为有译码器与数码管的组合,才能实现定时显示，故电路较为复杂.方案二：用821BC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“，其821端分别输出“010”,并有数字“6”指示。该方案中,只需两组开关(每组4个42BD码拨码开关）即可实现定时即显示,电路简单可行.由于仿真软件Mlts 10内，并无821BCD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,尤其是译码器与数码管的组合,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的电路，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8421CD码表,将逻辑开关置入的四位二进制数转化为0的十进制数。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BC码开关,性能可靠,电路简单,成本低,容易完成。3。控制器单元控制器的任务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,是继电器电路接通。由于定时的时间有起始时间和终止时间，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的方式,简单易行，只要在继电器电路中再串入一个继电器即可,由继电器的闭合与开断,来实现交叉供电,即在定时的起始时间时，该继电器闭合,给起始时间逻辑开关供电，而在定时的终止时间起作用时,继电器断开给终止时间的逻辑开关供电以此来区别起始时间信号和终止时间信号。4。继电器电路继电器的通、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所示.继电器的触点可接交流、直流或其他信号。继电器接通定时开始 定时结束图4。4定时波形图五.电路的功能单元设计1。数字钟单元1.1秒脉冲发生器秒脉冲发生器是数字钟单元的核心部分,它的精度和稳定度决定数字钟的质量。通常用晶体震荡器发出的脉冲经过整形、分频获得H的秒脉冲。如晶振为32768Hz,通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出.本电路由U CD4060分频器及2 7L2触发器将32768Hz的晶振进行分频，获得Hz秒脉冲.电路图如图。.1所示,开关S1处输出z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74S系列实现分、时的计数。其中分为六十进制，时为二十四进制。U3，U5,U7,U8 均为74LS0十进制计数器，U，U 均为74LS92十二分频计数器。秒脉冲通过U3,U,5和U进行分频其中U3和U5为74LS90十进制计数器,以“除六”方式工作。U3,U4,5和U6的输出方波频率分别为1/10,1/6，600,1/3600H.U和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。3译码显示所有计数器的译码显示均采用BD七段译码器，显示器采用共阴或共阳数码管。U8输出的BCD码被分别接到U9U12UU12均为7S8 CD七段译码器电路，由它驱动七段共阴L数码管。四个数码管给出从00：到23：59的时间显示,而D1和2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,开关用来预置时间，当它置于位置A时,数字钟处于正常状态;当他置于位置B时,给出1H的脉冲到分计数器U5；当它置于位置C时,它给出Hz的脉冲到小时计数器U7.2。定时器定时时间的设定定时器控制的功能是将数字钟的时间与预置的开、关时间进行比较，并完成相应的开关动作。在定时器预置开关电路中，有两组开关其实定时时间开关和终止定时时间开关。每组有四个开关(逻辑开关1-J,J1J为其实定时时间开关,JJ8为终止定时时间开关开关）。根据需要设置的定时时间，由421BCD码表，将09的十进制数转化为四位01二进制数，分别置入逻辑开关即可例如定时时间为“9：0”即在4个逻辑开关相应依次输入“0”,“100,“001”,“000”。.控制器单元控制器的任务是将计数值与设定值进行比较8U5数字中输出和定时逻辑开关输出是通过异或门74LS6（电路图中U1U1)进行一位一位的比较，当定时开关时间到,即所有的值全相等时,在4LS与非门(图中U23)输出端输出一个负脉冲，使控制触发器4LS112(图中24)变为高电平。双下降沿J触发器4S1,在时钟脉冲CP的后沿（负跳变)发生翻转,它具有置、置1、计数和保持功能。触发器的状态方程如式5。1所示7412引脚排列如图5。3。2所示。功能如表5。3.所示。 公式5。3。1J触发器状态方程J和K是数据输入端,是触发器状态更新的依据,若J、有两个或两个以上输入端时,组成“与”的关系。Q与为两个互补输出端。通常把Q=0、的状态定为触发器“0”状态;而把Q1、定为“1”状态。 图5。32JK触发器4LS11引脚图JK触发器一般都有异步置位、复位端，作用是预置触发器初态。当不使用时，必须接高电平(或接到电源+5上)，不允许悬空，否则容易引入干扰信号,使触发器误动作。表5.3.3 74LS112功能表输入输出DDCPJKQn+1010100011Qnn11001010111nn1n.继电器电路由控制电路作用，使控制触发器74LS112(图中24)变为高电平,即为高电平,使得继电器RL和RL接通,定时器开始定时。R1的接通，使得+V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74LS1（图中U24)中=1（=0)，使定时器的“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7S112(图中U4)翻转,即Q=0。24的低电平使T和T2关断，R1继电器释放,又回到定时前的工作状态。同时Q=又使“定时结束指示灯”亮。继电器RL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,即在定时的起始时间时,该继电器闭合,给起始时间逻辑开关供电,而在定时的终止时间起作用时,继电器断开给终止时间的逻辑开关供电。RL2用于外接所需控制的仪器.按下S,可以去掉预先存在的“定时”设定.继电器部分电路如图5。所示.图。4 继电气部分电路六、收获体会和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，知识的缺乏，对画图和仿真软件的不熟悉等等，这其中得到了指导老师的很多帮助，同时也给我提供了一些建议和意见。这个课题用到了数字电路方面的知识,通过这次课程设计，使我对TTL4系列、CMS系列元器件以及其他集成电路有了一定的了解,平时课上的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,所以通过这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。刚拿到课程设计的题目,起初不知该从何下手，经过老师指导设计和对材料的讲解，再到图书馆和网上查找大量资料,才慢慢了解课程设计。在资料和电脑前思考的过程是苦涩的,在图书馆中查找资料的过程是也是艰辛的,但当课程设计完成时,那感觉是舒服的，才真正理解到没有付出就不会有回报的真正含义,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,怎样和他人探讨,学会了怎样快速高效的搜集自己所需的资料.其次,通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力.而且,知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富,经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我学习生涯上一个非常美好的回忆！只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的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的更透彻一些,能实际的应用到每一个生活角落，不仅仅是这一项,实际生活中有很多对定时器的应用.我对相关知识还有待提高，自身的不足对生活中的应用有很大的阻碍,我要加紧对自身的提高进行学习，努力做到在对专业知识的掌握和熟练运用。以后我会主动参加一些实践活动，进一步增强自己的动手能力。这次课程设计我懂得要具备严谨,大胆，勇于创新的精神.我从中获益匪浅，学到了小心谨慎,实事求是的态度，也得到了老师和同学的大力帮助和支持,对大家表示由衷的感谢。本电路是以简单的数字逻辑电路为基础,来实现定时控制功能.其功能主要是依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现， 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。2刘午平,刘建清.数字电子技术从入门到精通M。国防工业出版社，206。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,06。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,20。孟涛。电工电子EDA实践教程M。机械工业出版社，200。附录1:硬件总图,软件仿真图第 12 页 共 12 页