數(shù)電課設(shè)-24小時(shí)定時(shí)電路.doc

摘 要時(shí)間，是人類(lèi)永恒的話(huà)題。隨著科技的進(jìn)步與生活方式的改變，人類(lèi)發(fā)明了種類(lèi)繁多的計(jì)時(shí)器。從原始的太陽(yáng)鐘到現(xiàn)在精確度可達(dá)50億年誤差一秒的原子鐘，計(jì)時(shí)器追隨者人類(lèi)的進(jìn)步的步伐，經(jīng)歷了計(jì)時(shí)精度由模糊到精確的過(guò)程。而計(jì)時(shí)器的種類(lèi)也經(jīng)歷了從單一型到多樣化的蛻變。計(jì)時(shí)器，見(jiàn)證著人類(lèi)的發(fā)展與文明。本文將著手于基礎(chǔ)555定時(shí)器構(gòu)成1s時(shí)鐘脈沖電路進(jìn)而對(duì)24小時(shí)撥碼可設(shè)置時(shí)間電路的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：555定時(shí)器，撥碼開(kāi)關(guān)，設(shè)置時(shí)間，24小時(shí)AbstractTime is the eternal topic of mankind. With the progress of science，technology and the change of lifestyle, mankind invented a great variety of timers. From the primitive solar clock to the present, an atomic clock with an accuracy of up to 5 billion years, a timer, a follower, the progress of mankind, has undergone the process of blurring the accuracy of time from the precise to the precise. And the types of timers have undergone a metamorphosis from single type to variety. Timer, witnessed the development and civilization of mankind. This paper will start with the basic 555 timer to form the 1s clock pulse circuit, and then set the time circuit for the 24 hour dialing code.Key words: 555 timer, dial code switch, set time, 24 hours 目錄1 緒言11.1 課題的來(lái)源和意義11.2 電子定時(shí)器的應(yīng)用12 方案設(shè)計(jì)及認(rèn)證33 單元電路設(shè)計(jì)43.1 秒信號(hào)發(fā)生器電路43.2 計(jì)時(shí)模塊53.3 報(bào)警模塊63.4 顯示模塊73.5 預(yù)設(shè)時(shí)間電路設(shè)計(jì)83.6 啟動(dòng)/停止電路設(shè)計(jì)93.7 控制電路設(shè)計(jì)103.8 設(shè)計(jì)電路圖124 實(shí)物焊接與調(diào)試、結(jié)果記錄134.1 總原則134.2 電源的設(shè)計(jì)134.3 焊接中遇到的問(wèn)題144.4 實(shí)物圖154.5 實(shí)物電路出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案165 前景展望186 心得體會(huì)19參考文獻(xiàn)201 緒言 我們?cè)谌粘Ｉ钪校?jīng)常會(huì)碰到一些需要定時(shí)的事情，例如：印相和放大圖片，需要定時(shí)在零點(diǎn)幾秒的時(shí)間，洗衣機(jī)洗滌衣服需要定時(shí)在幾分鐘到幾十分鐘的時(shí)間，電風(fēng)扇需要定時(shí)數(shù)十分鐘的時(shí)間。完成這種定時(shí)的定時(shí)器有多種多樣，在家用電器中采用機(jī)械定時(shí)器就是根據(jù)一般上弦鐘表原理設(shè)計(jì)的，這種定時(shí)器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，維修也比較簡(jiǎn)單，但是它的觸頭頻繁接觸和斷開(kāi)，大大的縮減了它的使用壽命，也不利于進(jìn)一步全自動(dòng)化。在電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，電子計(jì)時(shí)器一定會(huì)逐步取而代之，這是不言而喻的。本文是基于74LS192、555定時(shí)器設(shè)計(jì)的定時(shí)器。1.1 課題的來(lái)源和意義 課程設(shè)計(jì)課題是老師提出的，電子定時(shí)設(shè)計(jì)課題不一定很大，但需要通過(guò)親手做一遍全過(guò)程，完成一個(gè)產(chǎn)品制作，這個(gè)過(guò)程的收獲是很大的。為了在生活中更具實(shí)用意義，我們?cè)诙ㄏ鲁跗谀繕?biāo)的時(shí)候特地簡(jiǎn)化了功能。1.2 電子定時(shí)器的應(yīng)用 電子定時(shí)器在家用電器中經(jīng)常用于延時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)、定時(shí)。延時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)可用于：收音機(jī)、電視機(jī)、錄音機(jī)、催眠器、門(mén)燈、路燈、汽車(chē)頭燈、轉(zhuǎn)彎燈以及其他電器的延時(shí)斷電及延時(shí)自停電源等。定時(shí)可用于：照相定時(shí)曝光、定時(shí)閃光、定時(shí)放大、延時(shí)催眠器、延時(shí)電鈴、延時(shí)電子鎖、觸摸定時(shí)開(kāi)關(guān)等。例如：空調(diào)中的定時(shí)器，在工作一段時(shí)間之后便能自動(dòng)斷開(kāi)電源停止工作。夏季夜間使用，入睡前先定好時(shí)間，等熟睡后就到了預(yù)定時(shí)間，空調(diào)自動(dòng)關(guān)機(jī)，方便節(jié)能。定時(shí)器除用于家用電器外，還廣泛地用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)設(shè)施，達(dá)到定時(shí)時(shí)間后會(huì)給出提示，極大地方便了用戶(hù)操作。2 方案設(shè)計(jì)及認(rèn)證本設(shè)計(jì)電路要求具有顯示報(bào)警功能，因而所需要的模塊含有時(shí)鐘脈沖模塊、計(jì)時(shí)模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、設(shè)時(shí)模塊、控制模塊六大模塊共同構(gòu)成。其中，時(shí)鐘脈沖模塊用于產(chǎn)生頻率為1Hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)模塊用來(lái)記錄經(jīng)歷的時(shí)間，顯示模塊用來(lái)直觀顯示經(jīng)歷的時(shí)間，報(bào)警模塊用來(lái)當(dāng)預(yù)置時(shí)間倒數(shù)完畢時(shí)的報(bào)警提示，設(shè)時(shí)模塊用來(lái)設(shè)置需要的時(shí)間，控制模塊用以控制電路的開(kāi)始與暫停以及電路的兩種計(jì)時(shí)方式（小時(shí)計(jì)數(shù)、分鐘計(jì)數(shù)）。具體關(guān)系如下圖所示：時(shí)鐘脈沖模塊控制模塊計(jì)數(shù)模塊顯示模塊報(bào)警模塊設(shè)時(shí)模塊圖2.1 模塊關(guān)系總圖3 單元電路設(shè)計(jì)3.1 秒信號(hào)發(fā)生器電路秒信號(hào)發(fā)生器采用555定時(shí)器，555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。其成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器。555定時(shí)器包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 。其秒信號(hào)發(fā)生電路如下圖所示：圖3.1.1 脈沖電路仿真圖VCC通過(guò)對(duì)R1、R2向電容充電。電容上得到電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電容上的電壓上身到2/3VCC時(shí)，輸電壓VO為零，電容放電。當(dāng)電壓下降到1/3VCC時(shí)，輸出電平為高電平，電容放電結(jié)束。這樣周而復(fù)始便形成了振蕩。我們要的周期是1秒，頻率是1赫茲。周期T可以由下面的公式可知：TR1*R2*lnC.選擇了R7=130K，R9=6K,C16=10uF 得1秒的震蕩時(shí)間。3.2 計(jì)時(shí)模塊計(jì)時(shí)電路，采用74LS192該芯片是同步10進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，具有雙時(shí)鐘輸入，可置數(shù)可清零。本次設(shè)計(jì)中我們將74LS192接成十進(jìn)制和六十進(jìn)制，考慮到我們要倒計(jì)時(shí)。所以我們將所有74LS192的UP端在計(jì)數(shù)時(shí)保持高電平，在秒計(jì)數(shù)的個(gè)位的74LS192：秒信號(hào)輸入接到DOWM，秒計(jì)數(shù)的十位：將輸入端 的B,C端接高電平（即輸入端接成0110），秒十位的置數(shù)LD端和借位端BO連在一起構(gòu)成6進(jìn)制，再把秒個(gè)位的BO和秒十位的DOWN連在一起。當(dāng)秒脈沖從秒個(gè)位的DOWN端輸入的時(shí)候秒計(jì)數(shù)的192開(kāi)始從9減到0；這時(shí)，它的借位端BO會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平到秒十位的輸入端DOWN，秒十位的計(jì)數(shù)從6變到5，一直到變?yōu)?；當(dāng)高低位全為零的時(shí)候，秒十位的BO發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)，DOWN為零時(shí)，置數(shù)端LD等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一個(gè)DOWN脈沖來(lái)到時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)減計(jì)數(shù)工作中。電路如下：圖3.2.1 計(jì)數(shù)模塊電路仿真3.3 報(bào)警模塊 報(bào)警電路我們將用四輸入或門(mén)和一個(gè)反相器、LED發(fā)光二極管組成。只有當(dāng)所有四個(gè)數(shù)碼管之前8421碼輸入0000時(shí)，經(jīng)過(guò)或門(mén)輸出為0，而反相器形成高電平，使LED發(fā)光二極管工作發(fā)紅光。其中R13作為保護(hù)電阻保護(hù)LED發(fā)光二極管。圖3.3.1報(bào)警模塊電路仿真3.4 顯示模塊顯示電路采用了4片一位的共陰極七段數(shù)碼管（如圖4.2所示），來(lái)分別顯示計(jì)時(shí)的十位和個(gè)位，小時(shí)的十位和個(gè)位完成預(yù)置和顯示功能。數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路采用的共陰極的七段譯碼器74LS48，它內(nèi)部有上拉電阻，可以直接與共陰極的數(shù)碼管相連接。 由于數(shù)碼管只用顯示09的數(shù)字，則LT、LBI、BI/RBO三個(gè)腳都接高電平，A B C D 四個(gè)輸入端連接74LS192的輸出，就能顯示出預(yù)置的時(shí)間和定時(shí)的剩余時(shí)間。其連接電路圖如圖4.1所示： 此外我們?cè)O(shè)計(jì)出一個(gè)要用一個(gè)發(fā)光二極管顯示秒的過(guò)程的電路。我們從555的OUT口接一個(gè)300的電阻再接發(fā)光二極管，當(dāng)OUT口在輸出0、1信號(hào)（高低電平）從而使發(fā)光二極管隨輸入脈沖一閃一亮，顯示秒的變化。如圖：圖3.4.1 顯示模塊電路圖3.4.2 脈沖電路輸出顯示電路仿真3.5 預(yù)設(shè)時(shí)間電路設(shè)計(jì)在預(yù)設(shè)時(shí)間的模塊中，我使用了兩個(gè)四位撥碼開(kāi)關(guān)、74LS192D等元件來(lái)完成工作。其中J6完成第一個(gè)數(shù)碼管的置數(shù)，J3完成第二個(gè)數(shù)碼管的置數(shù)。我發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中，真正在小時(shí)這一數(shù)量級(jí)進(jìn)行定時(shí)的時(shí)候很少會(huì)使用到單獨(dú)的分鐘，于是我決定將分鐘和小時(shí)分開(kāi)，或者說(shuō)用兩種不同的倒數(shù)計(jì)時(shí)模式來(lái)使其工作，后面詳述。在本電路中，通過(guò)撥碼的8421碼通過(guò)ABCD四個(gè)輸入端，經(jīng)由74LS192D來(lái)進(jìn)行置數(shù)，在了解到此芯片的功能表后，我們?cè)陔娐返钠鹗级颂幱跁和顟B(tài)時(shí)對(duì)其進(jìn)行置數(shù)，在撥碼開(kāi)關(guān)四個(gè)撥碼向上向下表示1、0時(shí)，8421碼對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)在經(jīng)過(guò)譯碼器輸出到數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字。后面根據(jù)電路原理，將會(huì)從置數(shù)的位置進(jìn)行倒數(shù)。圖3.5.1 預(yù)設(shè)時(shí)間電路仿真3.6 啟動(dòng)/停止電路設(shè)計(jì) 在啟動(dòng)（開(kāi)始）和暫停的兩個(gè)功能中，主要針對(duì)了555定時(shí)器為基礎(chǔ)的時(shí)鐘脈沖輸出模塊進(jìn)行相應(yīng)的限制從而使電路完成預(yù)想功能。在電路中，我們使用了一個(gè)三鍵開(kāi)關(guān)用來(lái)在電源和地進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制對(duì)555芯片的/RST（復(fù)位引腳或稱(chēng)直接清零端）接高低電平，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TRI、THR處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。從而控制脈沖輸出來(lái)達(dá)到控制整個(gè)電路的目的。圖3.6.1 啟動(dòng)停止電路仿真3.7 控制電路設(shè)計(jì) 控制電路中分為控制小時(shí)和分鐘的兩個(gè)部分。前者J1接右端，可以看作四個(gè)74LS192D芯片控制秒位和分鐘位，則進(jìn)位時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)會(huì)直接對(duì)第四個(gè)芯片產(chǎn)生作用，使得秒這一單位直接在數(shù)碼管顯示減少。后者J1接左端，可以看作六個(gè)74LS192D芯片，而數(shù)碼管卻只顯示分鐘位和小時(shí)位，秒位則不再顯示卻仍然在脈沖的觸發(fā)下進(jìn)行相應(yīng)的進(jìn)位轉(zhuǎn)換等工作。相應(yīng)的電路圖如下：圖3.7.1 控制電路仿真3.8 設(shè)計(jì)電路圖圖3.8.1 總電路仿真4 實(shí)物焊接與調(diào)試、結(jié)果記錄4.1 總原則以每個(gè)模塊為基準(zhǔn)先焊接起來(lái)，最后將不同模塊連接在一起。4.2 電源的設(shè)計(jì)4.2.1 方案一用電池盒和四節(jié)五號(hào)干電池組成6V的直流電源。4.2.2 方案二用一個(gè)變壓器把220V的家用交流電壓變?yōu)?8V的小電壓。利用二極管單向?qū)ǖ脑?，用四個(gè)二極管構(gòu)成一個(gè)橋式整流電路，對(duì)交流電進(jìn)行半波整形，再經(jīng)過(guò)一個(gè)電容對(duì)其整形，變成供這個(gè)近似直流的電壓，但由于還有許多文波，再用一個(gè)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管變成6V的穩(wěn)定直流電壓，供這個(gè)電路的使用。從圖上看,變壓器輸入端經(jīng)過(guò)一個(gè)保險(xiǎn)連接電源插頭,如果變壓器或后面的電路發(fā)生短路，保險(xiǎn)內(nèi)的金屬細(xì)絲就會(huì)因大電流引發(fā)的高溫溶化后斷開(kāi)。變壓器后面由4個(gè)二極管組成一個(gè)橋式整流電路，整流后就得到一個(gè)電壓波動(dòng)很大的直流電源，所以在這里接一個(gè)300歐的電阻限流。 變壓器輸出端的18V電壓，因?yàn)檫@時(shí)候的輸出的電流不穩(wěn)定需要一個(gè)用一個(gè)100UF的電容來(lái)濾波。最后要在電路中加一個(gè)穩(wěn)壓二極管進(jìn)行最后的穩(wěn)壓。之后會(huì)輸出穩(wěn)定的6V電壓，供電路使用。圖4.4.2.1 電源電路4.3 焊接中遇到的問(wèn)題為了能更簡(jiǎn)便地使用杜邦線(xiàn)進(jìn)行直插操作，我在電路板底下對(duì)每個(gè)芯片的接地端和電源端（或和電源及地等電位端）進(jìn)行了短接并在某一位置進(jìn)行了整合，引出兩根線(xiàn)與電源正負(fù)極相接。另外在板子上的最外面一圈是短路的，于是對(duì)板子上芯片的限制比較大，在焊接接近尾聲的時(shí)候才注意到這點(diǎn)，于是將數(shù)碼管的上端的排針全部接到板子背面后將線(xiàn)也這樣插在排針上面來(lái)解決。4.4 實(shí)物圖圖4.4.1 實(shí)物正面圖圖4.4.2 實(shí)物反面圖4.5 實(shí)物電路出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案鑒于時(shí)間和經(jīng)費(fèi)原因，在電路出了少許問(wèn)題后，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題但是并沒(méi)有能及時(shí)解決。以下列出出現(xiàn)的問(wèn)題與解決方案以供查閱。1. 問(wèn)題：復(fù)位開(kāi)關(guān)可以設(shè)置時(shí)間，但是在計(jì)數(shù)時(shí)若按下復(fù)位開(kāi)關(guān)會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)器并不復(fù)位而是持續(xù)不斷的減位。解決方案：觀察復(fù)位開(kāi)關(guān)的功能，重新對(duì)引腳接線(xiàn)。2. 問(wèn)題：減位不能正常工作，如在01:00，下一個(gè)顯示的卻是00:89，解決方案：可能是芯片之間接線(xiàn)的問(wèn)題，重新調(diào)整對(duì)進(jìn)位控制的芯片（74LS192）的引腳，使其能夠符合功能。3. 問(wèn)題：在調(diào)整到以小時(shí)計(jì)數(shù)的功能時(shí)，會(huì)出現(xiàn)跳位不穩(wěn)定的問(wèn)題。解決方案：可能是芯片本身的問(wèn)題，更換芯片。接線(xiàn)錯(cuò)誤，檢查錯(cuò)誤并更正。5 前景展望傳統(tǒng)的定時(shí)器絕大部分都是發(fā)條驅(qū)動(dòng)式、電機(jī)傳動(dòng)式或電鐘式等機(jī)械電器，部分電子器械鐘也有使用時(shí)間繼電器的。相對(duì)于傳統(tǒng)的定時(shí)器，電子定時(shí)器的體積小、重量輕、造價(jià)低、精度高、壽命長(zhǎng)而且安全可靠、調(diào)整方便、適于頻繁使用。所以電子定時(shí)器的發(fā)展必定大有前途。同時(shí)隨著先自愛(ài)電子技術(shù)的發(fā)展，定時(shí)器也在不斷的進(jìn)步，朝更多用途、更高精度、更小體積的方向發(fā)展著。6 心得體會(huì)學(xué)以致用，通過(guò)這么幾天的24小時(shí)計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)將書(shū)本的知識(shí)利用在實(shí)踐中是一件十分享受的事情。在整個(gè)過(guò)程中，我尋找了很多幫助，如同學(xué)、老師、書(shū)籍、網(wǎng)絡(luò)，讓人高興的是，目的符合預(yù)期，雖然其中困難不少，但是經(jīng)過(guò)變通都相應(yīng)的解決了。我認(rèn)為數(shù)字電子電路課程設(shè)計(jì)是一個(gè)非常有用的實(shí)踐活動(dòng)，它使我在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)會(huì)了合作、查詢(xún)、即時(shí)學(xué)習(xí)等能力。如對(duì)Multism仿真軟件的使用、電路板的焊制、元件的選配。在當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)性社會(huì)中，這是一筆寶貴的經(jīng)驗(yàn)和財(cái)富，我將一直珍惜。在電路的焊接中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，有的在發(fā)現(xiàn)后已經(jīng)及時(shí)解決，但是有的卻因?yàn)槿狈椭陀行У馁Y料不能解決，這也是個(gè)電路焊接和課程設(shè)計(jì)中的遺憾。希望能夠以后能夠更加注意到課設(shè)的重要性并得到更多老師或者相關(guān)渠道技術(shù)上的支持與幫助。參考文獻(xiàn)1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部