定時(shí)控制器邏輯電路設(shè)計(jì)

大連工業(yè)大學(xué)通信xxx-第2頁(yè)共12頁(yè)定時(shí)控制器邏輯電路設(shè)計(jì)作者：xxx指導(dǎo)教師：xxxxxxx[摘要]為了能使一起在特定的時(shí)間內(nèi)工作，通常需要人在場(chǎng)干預(yù)才能完成。本課程設(shè)計(jì)的定時(shí)控制器，就是能使你不在時(shí)，儀器也能按時(shí)打開和關(guān)閉。例如你想用錄音機(jī)、錄像機(jī)錄下某一時(shí)間段的節(jié)目，而這一段時(shí)間你又有其他事要做，不在家或機(jī)器旁邊，你就可以事先預(yù)置一下定時(shí)器。在幾點(diǎn)幾分準(zhǔn)時(shí)打開機(jī)器，到某時(shí)某刻關(guān)掉機(jī)器。本文介紹的定時(shí)控制器由數(shù)字鐘單元、定時(shí)單元和控制器單元以及繼電器輸出單元等幾部分組成,并詳細(xì)介紹了定時(shí)控制器的設(shè)計(jì)方案、功能及在設(shè)計(jì)過(guò)程中所做的改進(jìn)。[關(guān)鍵詞]數(shù)字鐘電路；定時(shí)電路；控制電路；繼電器電路 一.設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)帶數(shù)字電子鐘的定時(shí)控制器邏輯電路。二.設(shè)計(jì)要求1.基本要求1.1具有電子鐘功能，顯示為四位數(shù)字。1.2可設(shè)定定時(shí)起動(dòng)（開始）時(shí)間與定時(shí)結(jié)束（判斷）時(shí)間。1.3定時(shí)開始指示燈亮；定時(shí)結(jié)束，指示燈滅。2.發(fā)揮部分定時(shí)范圍可以選擇，能精確到分鐘。三.說(shuō)明1.時(shí)間要求：6月29日至7月2日共1周 2.內(nèi)容：完成實(shí)際電路，總結(jié)報(bào)告。定時(shí)控制器由數(shù)字鐘單元、定時(shí)單元以及控制器單元和繼電器輸出單元等幾部分組成。如圖3.1所示為定時(shí)控制器系統(tǒng)框圖。繼電器繼電器輸出單元數(shù)字鐘單元定時(shí)時(shí)間設(shè)定控制器單元 數(shù)字鐘單元定時(shí)時(shí)間設(shè)定控制器單元圖3.1定時(shí)控制系統(tǒng)框圖四.方案選擇與論證 1.數(shù)字中單元電路一般而言數(shù)字鐘單元的設(shè)計(jì)與制作可以采用數(shù)字電路來(lái)完成,也可以采用單片機(jī)來(lái)完成.若采用數(shù)字電路來(lái)完成,其功能主要是依賴于數(shù)字電路的各功能模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn),盡管電路復(fù)雜，但電路原理及元件連接較為簡(jiǎn)單，易于以后調(diào)試、改正;而采用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)制作,由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)軟件編程來(lái)完成,雖然降低了電路的復(fù)雜性,但編程冗長(zhǎng)且較難，不易完成，修改調(diào)試?yán)щy，不易于操作.本電路是以簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯電路為基礎(chǔ)，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘單元。 方案一：采用數(shù)字電路控制，其原理方框圖如圖4.1.1所示。由晶振電路經(jīng)分頻產(chǎn)生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。整個(gè)計(jì)數(shù)器電路，采用74LS圖5.1.2分、時(shí)計(jì)數(shù)器電路1.3譯碼顯示 所有計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD-七段譯碼器，顯示器采用共陰或共陽(yáng)數(shù)碼管。U5-U8輸出的BCD碼被分別接到U9-U12。U9-U12均為74LS48BCD-七段譯碼器電路，由它驅(qū)動(dòng)七段共陰LED數(shù)碼管。四個(gè)數(shù)碼管給出從00：00到23：59的時(shí)間顯示，而D1和D2為發(fā)光二極管顯示，用來(lái)顯示秒脈沖。電路圖如圖5.1.3所示。 圖5.1.3譯碼顯示電路1.4校正時(shí)間電路在剛剛開機(jī)接通電源時(shí)，由于時(shí)分為任意值，所以，需進(jìn)行調(diào)整。置開關(guān)在手動(dòng)位置，分別對(duì)時(shí)、分進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。在本電路中，開關(guān)S1用來(lái)預(yù)置時(shí)間，當(dāng)它置于位置A時(shí)，數(shù)字鐘處于正常狀態(tài)；當(dāng)他置于位置B時(shí)，給出1Hz的脈沖到分計(jì)數(shù)器U5；當(dāng)它置于位置C時(shí)，它給出1Hz的脈沖到小時(shí)計(jì)數(shù)器U7。 2.定時(shí)器定時(shí)時(shí)間的設(shè)定定時(shí)器控制的功能是將數(shù)字鐘的時(shí)間與預(yù)置的開、關(guān)時(shí)間進(jìn)行比較，并完成相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作。在定時(shí)器預(yù)置開關(guān)電路中，有兩組開關(guān)——其實(shí)定時(shí)時(shí)間開關(guān)和終止定時(shí)時(shí)間開關(guān)。每組有四個(gè)開關(guān)（邏輯開關(guān)J1-J8，J1-J4為其實(shí)定時(shí)時(shí)間開關(guān)，J5-J8為終止定時(shí)時(shí)間開關(guān)開關(guān)）。根據(jù)需要設(shè)置的定時(shí)時(shí)間，由8421BCD碼表，將0—9的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為四位0-1二進(jìn)制數(shù)，分別置入邏輯開關(guān)即可。例如定時(shí)時(shí)間為“09：30”即在4個(gè)邏輯開關(guān)相應(yīng)依次輸入“0000”，“1001”，“0011”，“0000”。3.控制器單元 控制器的任務(wù)是將計(jì)數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較。U8-U5數(shù)字中輸出和定時(shí)邏輯開關(guān)輸出是通過(guò)異或門74LS86（電路圖中U18-U21）進(jìn)行一位一位的比較，當(dāng)定時(shí)開關(guān)時(shí)間到，即所有的值全相等時(shí)，在74LS30與非門（圖中U23）輸出端輸出一個(gè)負(fù)脈沖，使控制觸發(fā)器74LS112(圖中U24)變?yōu)楦唠娖?。雙下降沿JK觸發(fā)器74LS112，在時(shí)鐘脈沖CP的后沿（負(fù)跳變）發(fā)生翻轉(zhuǎn)，它具有置0、置1、計(jì)數(shù)和保持功能。JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程如式5.3.1所示。74LS112引腳排列如圖5.3.2所示。功能如表5.3.3所示。 公式5.3.1JK觸發(fā)器狀態(tài)方程J和K是數(shù)據(jù)輸入端，是觸發(fā)器狀態(tài)更新的依據(jù)，若J、K有兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入端時(shí)，組成“與”的關(guān)系。Q與為兩個(gè)互補(bǔ)輸出端。通常把Q＝0、的狀態(tài)定為觸發(fā)器“0”狀態(tài)；而把Q＝1、定為“1”狀態(tài)。圖5.3.2JK觸發(fā)器74LS112引腳圖JK觸發(fā)器一般都有異步置位、復(fù)位端，作用是預(yù)置觸發(fā)器初態(tài)。當(dāng)不使用時(shí)，必須接高電平（或接到電源+5V上），不允許懸空，否則容易引入干擾信號(hào)，使觸發(fā)器誤動(dòng)作。表表5.3.374LS112功能表 輸入輸出DDCPJKQn+1n+101×××1010×××0100×××φφ11↓00Qnn11↓101011↓010111↓11nQn11↑××Qnn 4.繼電器電路由控制電路作用，使控制觸發(fā)器74LS112(圖中U24)變?yōu)楦唠娖?即Q為高電平，使得繼電器RL1和RL2接通，定時(shí)器開始定時(shí)。RL1的接通，使得+5V從加入“起始定時(shí)開關(guān)”而轉(zhuǎn)加到“終止定時(shí)時(shí)間開關(guān)”上。由于控制觸發(fā)器74LS112(圖中U24)中Q=1（=0），使定時(shí)器的“定時(shí)開始指示燈”亮。當(dāng)時(shí)間運(yùn)行到“終止時(shí)間”設(shè)定值時(shí)，74LS30與非門（圖中U23）輸出端又一次輸出一個(gè)負(fù)脈沖，使得控制觸發(fā)器74LS112(圖中U24)翻轉(zhuǎn)，即Q=0。U24的低電平使T1和T2關(guān)斷，RL1繼電器釋放，又回到定時(shí)前的工作狀態(tài)。同時(shí)Q=0又使“定時(shí)結(jié)束指示燈”亮。繼電器RL1輸出端，一端接起始定時(shí)時(shí)間邏輯開關(guān)，另一段接終止定時(shí)時(shí)間邏輯開關(guān)，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)交叉供電，即在定時(shí)的起始時(shí)間時(shí)，該繼電器閉合，給起始時(shí)間邏輯開關(guān)供電，而在定時(shí)的終止時(shí)間起作用時(shí)，繼電器斷開給終止時(shí)間的邏輯開關(guān)供電。RL2用于外接所需控制的儀器。按下S3，可以去掉預(yù)先存在的“定時(shí)”設(shè)定。繼電器部分電路如圖5.4所示。 圖5.4繼電氣部分電路 六、收獲體會(huì)和改進(jìn)意見課程設(shè)計(jì)終于完成，在這個(gè)過(guò)程中我遇到了很多困難，知識(shí)的缺乏，對(duì)畫圖和仿真軟件的不熟悉等等，這其中得到了指導(dǎo)老師的很多幫助，同時(shí)也給我提供了一些建議和意見。這個(gè)課題用到了數(shù)字電路方面的知識(shí)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)TTL74系列、CMOS系列元器件以及其他集成電路有了一定的了解，平時(shí)課上的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，所以通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。剛拿到課程設(shè)計(jì)的題目，起初不知該從何下手，經(jīng)過(guò)老師指導(dǎo)設(shè)計(jì)和對(duì)材料的講解，再到圖書館和網(wǎng)上查找大量資料，才慢慢了解課程設(shè)計(jì)。在資料和電腦前思考的過(guò)程是苦澀的，在圖書館中查找資料的過(guò)程是也是艱辛的，但當(dāng)課程設(shè)計(jì)完成時(shí)，那感覺是舒服的，才真正理解到?jīng)]有付出就不會(huì)有回報(bào)的真正含義，一份耕耘一份收獲，有付出才會(huì)有回報(bào)，這個(gè)過(guò)程中我也學(xué)會(huì)了怎樣去更有效地學(xué)習(xí)，怎樣和他人探討，學(xué)會(huì)了怎樣快速高效的搜集自己所需的資料。其次，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。而且，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我學(xué)習(xí)生涯上一個(gè)非常美好的回憶！只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我們應(yīng)該把定時(shí)控制器這一項(xiàng)技術(shù)學(xué)的更透徹一些，能實(shí)際的應(yīng)用到每一個(gè)生活角落，不僅僅是這一項(xiàng)，實(shí)際生活中有很多對(duì)定時(shí)器的應(yīng)用。我對(duì)相關(guān)知識(shí)還有待提高，自身的不足對(duì)生活中的應(yīng)用有很大的阻礙，我要加緊對(duì)自身的提高進(jìn)行學(xué)習(xí)，努力做到在對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握和熟練運(yùn)用。以后我會(huì)主動(dòng)參加一些實(shí)踐活動(dòng)，進(jìn)一步增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。這次課程設(shè)計(jì)我懂得要具備嚴(yán)謹(jǐn)，大膽，勇于創(chuàng)新的精神。我從中獲益匪淺，學(xué)到了小心謹(jǐn)慎，實(shí)事求是的態(tài)度，也得到了老師和同學(xué)的大力幫助和支持，對(duì)大家表示由衷的感謝。本電路是以簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯電路為基礎(chǔ)，來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制功能。其功能主要是依賴于數(shù)字電路的各功能模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn),性能可靠，操作簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)。但也有不足，比如由數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘單元，電路較復(fù)雜，電線容易搭接錯(cuò)誤，不好修改，以后應(yīng)多嘗試用單片機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，以此來(lái)總體簡(jiǎn)化電路。參考文獻(xiàn)[1]