定時控制器邏輯電路設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一 概述為了能使儀器在特定的時間內(nèi)工作,通常需要人在場干預(yù)才能完成。本課題設(shè)計的定時器,就是能使你不在時,儀器也能按時打開和關(guān)閉。例如你想用錄音機、錄像機錄下某一時間斷的節(jié)目,而這一段時間你又有其他事要做,不在家或機器旁邊,你就可以實現(xiàn)預(yù)置一下定時器。在幾點幾分準時打開機器,到某時某刻關(guān)掉機器。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置，以其顯示的直觀性、走時準確穩(wěn)定而受到人們的歡迎，廣泛用于個人家庭、車站、碼頭、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來了極大的方便，諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、通斷動力設(shè)備、以及

2、各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。定時控制器由供電單元、數(shù)字鐘單元、定時單元以及控制輸出單元等幾部分組成.如圖1所示為定時控制器系統(tǒng)框圖。圖1二設(shè)計任務(wù)和要求設(shè)計一個帶數(shù)組電子鐘的定時控制器邏輯電路，具體任務(wù)要求如下：1可設(shè)定定時啟動（開始）時間與定時結(jié)束（判定）時間2.定時開始，指示燈亮；定時結(jié)束，指示燈滅3.定時范圍可以選擇4.具有電子鐘功能,顯示為四位數(shù)三.電路設(shè)計數(shù)字鐘一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。這些都是數(shù)字電路中應(yīng)用最廣的基本電路。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的時標信號送到分頻器，分頻電路將時標信號分成每秒一次的方波秒信號。秒信號送入計

3、數(shù)器進行計時，并把累計的結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。“秒”的顯示由兩級計數(shù)器和譯碼器組成的六十進制計數(shù)電路實現(xiàn)；“分”的顯示電路與“秒”相同，“時”的顯示由兩級計數(shù)器和譯碼器組成的二十四進制計數(shù)電路實現(xiàn)。所有計時結(jié)果結(jié)果由六位數(shù)碼管顯示。3.1石英晶體振蕩器振蕩器是電子鐘的核心，用它產(chǎn)生標準頻率信號，再由分頻器分成秒時間沖。振蕩器振蕩頻率的精度與穩(wěn)定度基本上決定了鐘的準確度。振蕩器是由石英晶體，微調(diào)電容與集成反相器等元件構(gòu)成。石英晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768z的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體

4、振蕩器電路。圖中1門、2門是反相器，1門用于振蕩，2門用于緩沖整形，R1為反饋電阻，反饋電阻的作用是為反相器提供偏置，使其工作在放大狀態(tài)。反饋電阻R1的值選取太大，會使放大器偏置不穩(wěn)甚至不能正常工作；R1值太小又會使反饋網(wǎng)絡(luò)負擔加重。圖中C1是頻率微調(diào)電容，一般取5-35pF。C2是溫度特性校正電容，一般取20-40pF。電容C1、C2與晶體共同構(gòu)成形網(wǎng)絡(luò)，以控制振蕩頻率，并使輸入輸出相移180度。從有關(guān)手冊中，可查得C1、C2均為30pF。當要求頻率準確度和穩(wěn)定度更高時，還可接入校正電容并采取溫度補償措施。石英晶體振蕩器XTAL的振蕩頻率選為32768Hz。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計，其頻率

5、較低且穩(wěn)定，有利于減少分頻器級數(shù)，可用反相器整形而得到矩形脈沖輸出。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10M。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。非門電路可選74HC00。3.2電源電路本系統(tǒng)電源,如不用實驗室電源,可以采用三端穩(wěn)壓塊獲得+5v穩(wěn)壓輸出,如圖2所示圖23.3分頻器在數(shù)字電路中，分頻器是一種可以進行頻率變換的電路，其輸入、輸出信號是頻率不同的脈沖序列。輸入、輸出信號頻率的比值稱為分頻比。例如，2分頻器的輸出信號頻率是輸入信號頻率的，8分頻器的輸出信號頻率是輸入信號頻率的。通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級2進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將32768

6、Hz的振蕩信號分頻為1Hz的分頻倍數(shù)為32768（），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當于15級2進制計數(shù)器。常用的進制計數(shù)器有74HC393等。本次課程設(shè)計中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計數(shù)器為14級2進制計數(shù)器，可以將32768Hz的信號分頻為Hz，其內(nèi)部框圖如圖所示，從圖中可以看出，CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。3.4 計數(shù)器3.4.1同步十進制加法計數(shù)器74160功能介紹同步十進制加法計數(shù)器74160電路如圖1所示，此電路增加了

7、預(yù)置數(shù)、保持和異步置零的功能。圖1中LOAD為預(yù)置數(shù)控制端,RCO為進位輸出端,CLR為異步置零端，ENP和ENT為工作狀態(tài)控制端。CLK為脈沖控制端，QA、QB、QC、QD為輸出控制端。3.4.2 六十進制計數(shù)秒計數(shù)器的電路形式很過，一般都是由一級十進制計數(shù)器和一級六進制計數(shù)器組成，是用兩塊中規(guī)模集成電路74LS160按反饋置零法串接而成。秒計數(shù)器的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為“分”計數(shù)器的輸入信號。當?shù)谝粋€脈沖來到時兩個數(shù)顯同步置零，顯示00狀態(tài)，即兩個同步十進制加法計數(shù)器的輸出分別為0000和0000，當?shù)诙€脈沖來到時個為脈沖作用下第一個同步十進制加法計數(shù)器的輸出變

8、為0001，而第二個同步十進制加法計數(shù)器的工作狀態(tài)控制端接的為低電平，所以不工作，繼續(xù)保持為0000狀態(tài)不變，當?shù)谝粋€同步十進制加法計數(shù)器輸入第九個脈沖后，RCO進位輸出端會置1，同時第二個同步十進制加法計數(shù)器的工作狀態(tài)控制端接的為高電平，所以開始工作，輸出由0000變?yōu)?001，然后保持至第一個同步十進制加法計數(shù)器的輸出再次變?yōu)?001。當?shù)谝粋€同步十進制加法計數(shù)器的輸出為0101，同時第二個同步十進制加法計數(shù)器的輸出為1001時，兩個同步十進制加法計數(shù)器的預(yù)置數(shù)控制端被同時置為0，即兩個同步十進制加法計數(shù)器的輸出均變?yōu)?000，從而完成六十進制計數(shù), 電路如圖3圖33.4.3 二十四進制計

9、數(shù)二十四進制小時計數(shù)器，是用兩片74LS160構(gòu)成的。也可用兩塊中規(guī)模集成電路74LS160和與非門構(gòu)成。當?shù)谝粋€脈沖來到時兩個數(shù)顯同步置零，顯示00狀態(tài)，即兩個同步十進制加法計數(shù)器的輸出分別為0000和0000，當?shù)诙€脈沖來到時個為脈沖作用下第一個同步十進制加法計數(shù)器的輸出變?yōu)?001，而第二個同步十進制加法計數(shù)器的工作狀態(tài)控制端接的為低電平，所以不工作，繼續(xù)保持為0000狀態(tài)不變，當?shù)谝粋€同步十進制加法計數(shù)器輸入第九個脈沖后，RCO進位輸出端會置為1，同時第二個同步十進制加法計數(shù)器的工作狀態(tài)控制端接的為高電平，所以開始工作，輸出由0000變?yōu)?001，然后保持至第一個同步十進制加法計數(shù)器

10、的輸出再次變?yōu)?001。當?shù)谝粋€同步十進制加法計數(shù)器的輸出為0010，同時第二個同步十進制加法計數(shù)器的輸出為0011時，兩個同步十進制加法計數(shù)器的預(yù)置數(shù)控制端被同時置為0，即兩個同步十進制加法計數(shù)器的輸出均變?yōu)?000，從而完成二十四進制計數(shù),電路如圖4。圖43.5數(shù)字鐘單元他分別由秒脈沖發(fā)生器,秒、分、時計數(shù)器、譯碼器,顯示器等組成。這里只要設(shè)計成四位顯示?！胺帧睆?0至59,“時”從00至23秒可以用發(fā)光二極管顯示。3.6繼電器電路繼電器的通、斷受控制器輸出控制,當“開始定時”設(shè)定值到達時,繼電器應(yīng)該接通。而當“定時結(jié)束”設(shè)定值到達時.繼電器應(yīng)該斷開。其定時波形如圖6所示。繼電器的出點可接

11、交流、直流或其他信號。圖63.7定時器部分3.7.1定時器定時時間的設(shè)定定時器定時時間的設(shè)定,可以用邏輯開關(guān)(四個一組),分別置入0或1,再加譯碼、顯示,就知其所設(shè)定的值.例如,四位開關(guān)為“1001”,顯示器即顯示9。另一個辦法,用8421BCD碼撥碼開關(guān)KS系列器件,撥碼開關(guān)本身可顯示數(shù)字,同時輸出BCD碼。例如,撥碼開關(guān)置成“6”,其8421端將分別輸出“0110”,并有“6”指示。3.7.2定時器預(yù)置開關(guān)定時器控制的功能是將數(shù)字鐘的時間與預(yù)置的開、關(guān)時間進行比較，并完成相應(yīng)的開關(guān)動作。在定時預(yù)置開關(guān)電路中，有兩組開關(guān)其實定時時間開關(guān)和中止定時時間開關(guān)每組有四個開關(guān)（撥碼開關(guān)）他們輸出的都

12、是BCD碼。3.8控制部分3.8.1控制器控制器的任務(wù)是將計數(shù)值與設(shè)定值進行比較,若兩者值相等,則輸出控制脈沖,使繼電器電路接通。由于定時的時間有起始時間和終止時間,所以,為了區(qū)別這兩個信號,采用交叉供電方式或采用三態(tài)門進行控制。3.8.2控制電路部分U8U9數(shù)字鐘輸出和定時撥碼開關(guān)輸出是通過異或們74LS86進行一位一位的比較，當定時開關(guān)時間到，即所有的數(shù)值全相等，在U1474LS30與非門輸出端輸出一個負脈沖，使控制觸發(fā)器U1374LS112變?yōu)楦唠娖健為高電平，使得繼電器RL1和RL2接通，定時器開始定時。RL1的接通，使得+5V從加入起始定時開關(guān)而轉(zhuǎn)加到中止定時開關(guān)上，由于控制觸發(fā)器

13、U13Q=1(Q=0),使定時器的定時開始指示燈亮當運行時間到中止時間設(shè)定值時，U14又一次輸出一個負脈沖，使得控制觸發(fā)器U13翻轉(zhuǎn)，Q=0 U13的低電平是T1和T2關(guān)斷，RL1繼電器釋放，又回到定時前的工作狀態(tài)。同時Q=0又使定時結(jié)束指示燈亮RL2用于外界所需控制的儀器。按下S2，可以去掉可能預(yù)先存在的定時設(shè)定。3.9控制電路 U8U9數(shù)字鐘輸出和定時撥碼開關(guān)輸出是通過異或們74LS86進行一位一位的比較，當定時開關(guān)時間到，即所有的數(shù)值全相等，在U1474LS30與非門輸出端輸出一個負脈沖，使控制觸發(fā)器U1374LS112變?yōu)楦唠娖?。Q為高電平，使得繼電器RL1和RL2接通，定時器開始定時

14、。RL1的接通，使得+5V從加入起始定時開關(guān)而轉(zhuǎn)加到中止定時開關(guān)上，由于控制觸發(fā)器U13Q=1(Q=0),使定時器的定時開始指示燈亮當運行時間到中止時間設(shè)定值時，U14又一次輸出一個負脈沖，使得控制觸發(fā)器U13翻轉(zhuǎn)，Q=0 U13的低電平是T1和T2關(guān)斷，RL1繼電器釋放，又回到定時前的工作狀態(tài)。同時Q=0又使定時結(jié)束指示燈亮RL2用于外界所需控制的儀器。3.10整體電路“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，是由2片74LS160和1片74LS00采用異步置0法連接而成,第一片的74LS160的十進制輸出經(jīng)74LS00反向后接第二片的CP,當?shù)?片的計數(shù)到9時,C輸出高電平,此時第2片計數(shù)器CP=0

15、,當下一個秒脈沖到達時第1片變?yōu)?,第2片變?yōu)镃P脈沖成為上升沿,第2片計數(shù)器計數(shù)為1。這樣一直計數(shù)下去當計數(shù)到50以后,第2片計數(shù)器的LD接第2片的計數(shù)器輸出接了74LS00的Q0和Q2對應(yīng)的反向輸出此時為LD=0,下一個脈沖到達第1片時，第1片計數(shù)從0開始計數(shù)，當?shù)?片計為9時，第2片計數(shù)變?yōu)?；因為下一秒第1片將給第2片了一個CP脈沖，第2片的計數(shù)器輸出接了74LS00的Q0和Q2對應(yīng)的輸出,并且第1片給第2片一因此在變?yōu)?的瞬間置零,也變?yōu)?,達到了計60的目的,這時從第2片中引出一個分脈沖作為分計數(shù)器的輸入CP脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”

16、信號，此計數(shù)原理與秒計數(shù)器完全相同。從分計數(shù)器輸出的該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計時器，也是有2片74LS160和1片74LS00采用清零法連接而成。24進制計數(shù)器開始計數(shù)時第一片的74LS160的十進制輸出接第二片的CP,當?shù)?片的計數(shù)到9時,十進制輸出高電平,此時第2片計數(shù)器開始計數(shù),當下一個秒脈沖到達時第1片變?yōu)?,第2片變?yōu)?,這樣一直計數(shù)下去但當計到23時,下一脈沖到達時由于時計數(shù)器的第1片的Q2和第2片的Q1接74LS00,對應(yīng)的輸出同時接了兩片的R置零端,在要變成24的瞬間兩片都變?yōu)?,實現(xiàn)對一天24小時的累計，這時從第二片中引出一個周脈沖作為周計數(shù)器的輸

17、入CP脈沖。“周計數(shù)器”采用7進制計數(shù)器，用一片74LS160采用置數(shù)法連接而成。計數(shù)器從1開始計數(shù)，到7后通過74LS00輸出到74LS160的LD端，重新置數(shù)為1，從而實現(xiàn)對一周7天的累計。譯碼顯示電路將“周、時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段顯示譯碼器譯碼，通過七位LED七段顯示器顯示出來。只要接好電路圖,輸出的數(shù)碼即可在數(shù)碼管中對應(yīng)顯示。定時器控制的功能是姜數(shù)字鐘的時間與預(yù)置的開、關(guān)時間進行比較，并完成相應(yīng)的開關(guān)動作。在定時預(yù)置開關(guān)電路中，有兩組開關(guān)其實定時時間開關(guān)和中止定時時間開關(guān)每組有四個開關(guān)（撥碼開關(guān)）他們輸出的都是BCD碼。U8U9數(shù)字鐘輸出和定時撥碼開關(guān)輸出是通過異

18、或們74LS86進行一位一位的比較，當定時開關(guān)時間到，即所有的數(shù)值全相等，在U1474LS30與非門輸出端輸出一個負脈沖，使控制觸發(fā)器U1374LS112變?yōu)楦唠娖?。Q為高電平，使得繼電器RL1和RL2接通，定時器開始定時。RL1的接通，使得+5V從加入起始定時開關(guān)而轉(zhuǎn)加到中止定時開關(guān)上，由于控制觸發(fā)器U13Q=1(Q=0),使定時器的定時開始指示燈亮當運行時間到中止時間設(shè)定值時，U14又一次輸出一個負脈沖，使得控制觸發(fā)器U13翻轉(zhuǎn)，Q=0 U13的低電平是T1和T2關(guān)斷，RL1繼電器釋放，又回到定時前的工作狀態(tài)。同時Q=0又使定時結(jié)束指示燈亮RL2用于外界所需控制的儀器。按下S2，可以去掉可能預(yù)先存在的定時設(shè)定。四整機電路圖五. 實驗設(shè)備及元件1十六進制計數(shù)器74LS160七片2七段譯碼器74LS48七片3四輸入與非門74LS00兩片4二4輸入與非門74LS20兩片5四2輸入與門74LS08三片6二D觸發(fā)器74LS74兩片7六反相器74LS04一片8數(shù)碼顯示管BS201A七個914分頻器CD4060一個10石英晶體振蕩器32768Hz一個11可變電阻2.2K一個12電阻22M一個13電阻10k二個14電阻1k一個15電解電容1