1、定時(shí)控制器邏輯電路設(shè)計(jì)精品資料定時(shí)控制器邏輯電路設(shè)計(jì)作者：XXX指導(dǎo)教師： XXXX XXX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(kāi)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(kāi)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.

2、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 。.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(kāi)始）時(shí)間與定時(shí)結(jié)束（判斷）時(shí)間1.3定時(shí)開(kāi)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。繼電器輸出<>控制器單元/0/數(shù)字鐘定時(shí)時(shí)間單元設(shè)定圖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

3、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(lài)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系列芯片，由分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù) 器串接而成。校時(shí)電路由分頻產(chǎn)生的 1Hz脈沖

4、輸入，手動(dòng)進(jìn)行時(shí)和分的調(diào)整校正。再 由譯碼器加數(shù)碼管組成譯碼顯示部分。顯示器譯碼器校時(shí)電路顯示器譯碼器分頻器晶振圖4.1.1采用數(shù)字邏輯電路組成數(shù)字鐘單元框圖方案二：采用單片機(jī)控制。采用單片機(jī)10端口，及其控制功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘單 元的顯時(shí)和調(diào)時(shí)等功能。其原理方框圖如圖4.1.2所示。圖4.1.2采用單片機(jī)組成數(shù)字鐘單元框圖2.定時(shí)器定時(shí)時(shí)間的設(shè)定方案一：可用邏輯開(kāi)關(guān)（四個(gè)一組），分別置入0或1,再加譯碼、顯示電路，就可知其所設(shè)定的具體值。例如，四位開(kāi)關(guān)為“ 1001”，顯示器即顯示數(shù)字9”。因?yàn)橛?譯碼器與數(shù)碼管的組合，才能實(shí)現(xiàn)定時(shí)顯示，故電路較為復(fù)雜。方案二：用8421BCDS撥碼開(kāi)關(guān)KS系

5、列器件，撥碼開(kāi)關(guān)本身可顯示數(shù)字，同時(shí) 輸出BCD碼。例如，撥碼開(kāi)關(guān)置成“ 6”，其8421端分別輸出0110”，并有數(shù)字6”指示。 該方案中，只需兩組開(kāi)關(guān)（每組 4個(gè)8421BCD3撥碼開(kāi)關(guān)）即可實(shí)現(xiàn)定時(shí)即顯示，電 路簡(jiǎn)單可行。由于仿真軟件Multisim 10內(nèi)，并無(wú)8421BCD3撥碼開(kāi)關(guān)，若仿真，則第二方 案不可行，選擇第一方案，第一方案電路復(fù)雜，尤其是譯碼器與數(shù)碼管的組合，電線 較為繁雜，本實(shí)驗(yàn)中將此部分不作為重點(diǎn)，定時(shí)時(shí)間設(shè)定電路單元省去譯碼器與數(shù)碼 管的電路，讀取定時(shí)時(shí)間時(shí)，直接由邏輯開(kāi)關(guān)讀取置入數(shù)值，人為計(jì)算獲得相應(yīng)定時(shí) 時(shí)間即可。讀取方法，根據(jù) 8421BCD3表，將邏輯開(kāi)關(guān)置

6、入的四位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為 0 9的十進(jìn)制數(shù)。如果要將此電路做成實(shí)物成品，應(yīng)當(dāng)首選第二種方案，選用8421碼BCD碼開(kāi)關(guān)，性能可靠，電路簡(jiǎn)單，成本低，容易完成。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，若兩者值相等，則輸出控制脈 沖，是繼電器電路接通。由于定時(shí)的時(shí)間有起始時(shí)間和終止時(shí)間，所以，為了區(qū)別這 兩個(gè)不同信號(hào)，采用交叉供電或采用三態(tài)門(mén)進(jìn)行控制。本電路采用交叉供電的方式，僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝5精品資料簡(jiǎn)單易行，只要在繼電器電路中再串入一個(gè)繼電器即可，由繼電器的閉合與開(kāi)斷，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(kāi)關(guān)供電，而 在定時(shí)

7、的終止時(shí)間起作用時(shí)，繼電器斷開(kāi)給終止時(shí)間的邏輯開(kāi)關(guān)供電。以此來(lái)區(qū)別起 始時(shí)間信號(hào)和終止時(shí)間信號(hào)。4. 繼電器電路繼電器的通、斷，受控制器輸出控制，當(dāng)“開(kāi)始定時(shí)”設(shè)定值到達(dá)時(shí)，繼電器應(yīng)該 接通。而當(dāng)“定時(shí)結(jié)束”設(shè)定值到達(dá)時(shí)，繼電器應(yīng)斷開(kāi)。其定時(shí)波形如圖4.4所示。繼 電器的觸點(diǎn)可接交流、直流或其他信號(hào)。3圖4.4定時(shí)波形圖五. 電路的功能單元設(shè)計(jì)1. 數(shù)字鐘單元1.1秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘單元的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定數(shù)字鐘的質(zhì)量。 通常用晶體震蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過(guò)整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768Hz通過(guò)15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出。本電路由U1 CD406

8、0分頻器及U2 74LS112 觸發(fā)器將32768Hz的晶振進(jìn)行分頻，獲得1Hz秒脈沖。電路圖如圖5.1.1所示，開(kāi)關(guān)220pFC1HHR1R26-32.768kHJ10MQ僅供學(xué)習(xí)與交流，半侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除220pF21OU0685O10BOD.6 O5V5O2 JGND £ -GNDrRM>1CLKVCC1K1CL1J2CL1PRE2CLK1Q2K1Q2J2Q2PRGND2Q1674LS112N'12_11E108U2_2_3_5-6C 7VCCV5VCCS1Key = Space精品資料S1處輸出1Hz脈沖圖5.1.1秒脈沖發(fā)生器1.2分、時(shí)計(jì)數(shù)器這一部分電路均

9、使用中規(guī)模集成電路 74LS系列實(shí)現(xiàn)分、時(shí)的計(jì)數(shù)。其中分為六十 進(jìn)制，時(shí)為二十四進(jìn)制。U3, U5,U7,U8均為74LS90十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，U4,U6均為 74LS92十二分頻計(jì)數(shù)器。秒脈沖通過(guò) U3,U4,U5和U6進(jìn)行分頻。其中U3和U5為 74LS90十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，以“除六”方式工作。U3,U4,U5和U6的輸出方波頻率分別為 1/10,1/60,1/600,1/3600Hz。 U7和U8為二十四進(jìn)制，其時(shí)間顯示從 00到23。其電路圖如圖5.1.2所示。僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝15BCD36U874LS90DRGcmort-orAN1 103671I1i2pqVCC5

10、VCQQQQ4U7U7 74LS90DA B 1 21 2 DNN RR RRN22j15OOV6WAQQD74LS92DK NRG2UR1UR1 1981VQQQD5 2 9 |8 1U5AB1074LS90Dcmort-orRGU374LS90DA BNB64|12 314 1VQQQQU474LS92DA B 1 2 Dnb RRG72I6VGND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74LS48 BCD七段譯碼器電 路，由它驅(qū)動(dòng)七段共陰LED數(shù)

11、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。GND<bvcc5VCabcdefgVoo oo oooU14C liSLSltLSCabcdefgVoooooooLED1U15ED2R33330kc ot i c C OQ 1330k Q甲700 QU16R32R23700 QU17R2 7700 QCabcdefgVoooooooU12 74LS48Dt BA B CD L RU11 74LS48D tA B C D LDNcmR./:oIRDNQDR/Lb-IRTLD8 D 10S4Bc U4

12、LAC A B C D EVoo OOCU974LS48DGoFoDNQDR/Lb-IRTL7 1 2 6 3,5 4'8圖5.1.3譯碼顯示電路1.4校正時(shí)間電路在剛剛開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)、關(guān)時(shí)間進(jìn)行比較，并完成相應(yīng) 的開(kāi)關(guān)動(dòng)作

13、。在定時(shí)器預(yù)置開(kāi)關(guān)電路中，有兩組開(kāi)關(guān)一一其實(shí)定時(shí)時(shí)間開(kāi)關(guān)和終止定時(shí)時(shí)間開(kāi) 關(guān)。每組有四個(gè)開(kāi)關(guān)（邏輯開(kāi)關(guān) J1-J8，J1-J4為其實(shí)定時(shí)時(shí)間開(kāi)關(guān)，J5-J8為終止定 時(shí)時(shí)間開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)）。根據(jù)需要設(shè)置的定時(shí)時(shí)間，由8421BC陰表，將09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(kāi)關(guān)即可。例如定時(shí)時(shí)間為“ 09: 30”即在4個(gè) 邏輯開(kāi)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(kāi)關(guān)輸出是通過(guò)異或門(mén)74LS86（電路圖中U18-U21）進(jìn)行一位一位的比較，當(dāng)定時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí) 間到，即所有的值

14、全相等時(shí)，在 74LS30與非門(mén)（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)楦唠娖健ｋp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。JQn KQn公式5.3.1 JK 觸發(fā)器狀態(tài)方程J、K有兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入Q = 0、Q 1的狀態(tài)定為觸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 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 發(fā)器“0狀態(tài)；而把Q = 1、Q 0定為“ 1狀態(tài)。

15、1614丨 13| 1210丨Vcc lRo 2Rd 2CP 2K 2J 2Sn 2Q)74LSU21CP IK IJ ISd IQ IQ 2Q GND l 2| 3| 4| 5| 6| 7| S|圖5.3.2 JK 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。輸 入輸出SdRdCPJKQn+1Qn+101X +表 5.3.374LS112X 功能表1010XXX0100XXX©©11J00QnQn11J101011J010111J1

16、1QnQn11TXXQnQn4. 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(kāi)始定時(shí)。RL1的接通，使得+5V從加入“起始定 時(shí)開(kāi)關(guān)”而轉(zhuǎn)加到“終止定時(shí)時(shí)間開(kāi)關(guān)”上。由于控制觸發(fā)器74LS112（圖中U24）中 Q=1 （Q=o），使定時(shí)器的“定時(shí)開(kāi)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(mén)（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

17、“定時(shí)結(jié)束指示燈”繼電器RL1輸出端，一端接起始定時(shí)時(shí)間邏輯開(kāi)關(guān)，另一段接終止定時(shí)時(shí)間邏輯 開(kāi)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(kāi)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(kāi)給終止時(shí)間的邏輯開(kāi)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(jiàn)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(huà)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(jiàn)。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)

18、，使我對(duì)TTL7 4系列、CMO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(shū)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(shū)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(jué)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，

19、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)

20、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(zhuān)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(lài)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

21、，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 李維.數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)M.大連理工大學(xué)出版社，2008.2 劉午平，劉建清.數(shù)字電子技術(shù)從入門(mén)到精通M.國(guó)防工業(yè)出版社，2006.3 余孟嘗，清華大學(xué)電子學(xué)教研組.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程M.高等教育出版社，2006.4 童詩(shī)白，華成英，清華大學(xué)電子學(xué)教研組.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育出版社，2006.5 孟濤.電工電子EDA實(shí)踐教程M.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.附錄A1：硬件總圖，軟件仿真圖LED定時(shí)結(jié)束121VCCVCC1220p|iC1HFX1R26-32.768kffZ"C2，-p Hk 220pFVDDR36R3510Q2 2N2R2 R2212R2N412047k2$D2VV1 X2128129132 12 VRL21mHRL15V12 V130122期R3開(kāi)始1mHVCC123GNDnU15S3U14U16U173374LS112DIABC D E F G000 00 007 1GNDU13VCC