可預(yù)置定時電路課程設(shè)計

1、電子課程設(shè)計可預(yù)置定時電路 學(xué)院：電子信息工程學(xué)院 專業(yè)班級：自動化101502 姓名：楊繼成 學(xué)號：201015040222 指導(dǎo)教師：閆曉梅 2012年12月目錄一：設(shè)計任務(wù)與要求3二：總體框圖3三：選擇器件3四：功能模塊12五：總體設(shè)計電路圖17可預(yù)置定時電路一：設(shè)計任務(wù)與要求1：設(shè)計一個可靈活預(yù)置時間的設(shè)計電路，要求具有時間顯示功能，能準(zhǔn)確預(yù)置和清零，計時范圍為099秒，兩位數(shù)字顯示，計時間隔1秒。2：設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停|連續(xù)計時。3：要求計時電路遞減計時，間隔一秒，計時器減一。4：當(dāng)計時器遞減時間到零（即定時時間到）時，顯示器上顯示00，同時發(fā)出光電報

2、警信號。二：總體框圖 定時器由啟動電路、秒脈沖發(fā)生器、預(yù)置輸入電路、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和控制電路共7部分組成。 其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈，定時時間到報警等功能。通過設(shè)置開關(guān)或按鍵電路可以對定時時間進(jìn)行預(yù)置，這部分需要編碼器。通過編碼后，送到計數(shù)器預(yù)置端作為計數(shù)的時間。根據(jù)題目要求這部分應(yīng)采用減計數(shù)。在計數(shù)同時，還需要對所計時間進(jìn)行顯示，所以需要譯碼顯示電路，顯示器用led。 對于本模塊的器件選用，計數(shù)器選用74ls192 進(jìn)行設(shè)計較為簡便，74ls192是十進(jìn)制可編程

3、同步加|減計數(shù)器，它采用8421 碼二十進(jìn)制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加|減計數(shù)功能。 報警電路在實(shí)驗(yàn)中也可以用發(fā)光二極管來代替。圖1 總體框圖三：選擇器件： 型號名稱數(shù)目74ls00十進(jìn)制加法計數(shù)器374ls192十進(jìn)制可逆計數(shù)器2555定時器國產(chǎn)雙極型定時器1led數(shù)碼顯示器274ls00二輸入與非門274ls04非門（ 反相器）174ls10三輸入與非門174ls190同步可預(yù)置十進(jìn)制加減計數(shù)器3 表1 所選擇的器件列表 1.同步十進(jìn)制可逆74ls192 74ls192 是同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖2 74ls192

4、 的引腳排列及邏輯符號圖中： 為置數(shù)端， 為加計數(shù)端， 為減計數(shù)端， 為非同步進(jìn)位輸出端， 為非同步借位輸出端，p0、p1、p2、p3 為計數(shù)器輸入端， 為清除端，q0、q1、q2、q3 為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下：表2:74ls192功能表 2：555定時器結(jié)構(gòu)如圖： 圖3 555定時器結(jié)構(gòu)圖功能表如下圖所示：表3 555定時器功能表3：74ls04： 仔細(xì)觀察一下圖中給出的三極管開關(guān)電路即 可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入為高電平時輸出等于低電平，而輸入為低電平時輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系，它實(shí)際上就是一個非門。（亦稱反向器）。當(dāng)輸入信號為高電平時，應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以

5、使輸出電平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于深度飽和的基極電流。設(shè)計電路所用的芯片是74ls04，如下圖所示：六位反相器74ls04 引腳圖：圖4：六位反相器74ls04引腳圖功能表：表4 74ls04功能表圖5 74ls04邏輯符號和邏輯函數(shù)式4:74ls00四二輸入與非門：74ls00 是四2 輸入與非門，其邏輯功能表如下：與非門邏輯功能表： 表 5 與非門邏輯功能表74ls00內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如下圖：圖6 74ls00內(nèi)部結(jié)構(gòu)與非門邏輯符號如下：圖7 74ls00邏輯符號74ls00 管腳圖如下： 圖8 74ls00管腳圖5：基本rs觸發(fā)器：電路結(jié)構(gòu)： 把兩

6、個與非門g1、g2 的輸入、輸出端交叉連接，即可構(gòu)成基本rs 觸發(fā)器，其邏輯電路如圖12(a)所示。它有兩個輸入端r、s 和兩個輸出端q、q。工作原理基本rs 觸發(fā)器的邏輯方程為：根據(jù)上述兩個式子得到它的四種輸入與輸出的關(guān)系:1）.當(dāng)r=1、s=0 時，則q=0,q=1,觸發(fā)器置1。2）.當(dāng)r=0、s=1 時，則q=1,q=0,觸發(fā)器置0。如上所述，當(dāng)觸發(fā)器的兩個輸入端加入不同邏輯電平時，它的兩個輸出端q和q 有兩種互補(bǔ)的穩(wěn)定狀態(tài)。一般規(guī)定觸發(fā)器q 端的狀態(tài)作為觸發(fā)器的狀態(tài)。通常稱觸發(fā)器處于某種狀態(tài)，實(shí)際是指它的q 端的狀態(tài)。q=1、q=0 時，稱觸發(fā)器處于1 態(tài)，反之觸發(fā)器處于0 態(tài)。s=0

7、,r=1 使觸發(fā)器置1，或稱置位。因置位的決定條件是s=0,故稱s 端為置1 端。r=0,s=1 時，使觸發(fā)器置0，或稱復(fù)位。 同理，稱r 端為置0 端或復(fù)位端。若觸發(fā)器原來為1 態(tài)，欲使之變?yōu)? 態(tài)，必須令r 端的電平由1 變0，s 端的電平由0 變1。這里所加的輸入信號（低電平）稱為觸發(fā)信號，由它們導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換過程稱為翻轉(zhuǎn)。由于這里的觸發(fā)信號是電平,因此這種觸發(fā)器稱為電平控制觸發(fā)器。從功能方面看，它只能在s 和r 的作用下置0和置1，所以又稱為置0 置1 觸發(fā)器，或稱為置位復(fù)位觸發(fā)器。其邏輯符號如圖7.2.1(b)所示。由于置0 或置1 都是觸發(fā)信號低電平有效，因此，s 端和r 端都畫有小圓

8、圈。3）.當(dāng)r=s=1 時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。觸發(fā)器保持狀態(tài)時，輸入端都加非有效電平（高電平），需要觸發(fā)翻轉(zhuǎn)時，要求在某一輸入端加一負(fù)脈沖，例如在s 端加負(fù)脈沖使觸發(fā)器置1，該脈沖信號回到高電平后，觸發(fā)器仍維持1 狀態(tài)不變，相當(dāng)于把s 端某一時刻的電平信號存儲起來，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶功能。4）.當(dāng)r=s=0 時，觸發(fā)器狀態(tài)不確定在此條件下，兩個與非門的輸出端q 和q 全為1，在兩個輸入信號都同時撤去（回到1）后，由于兩個與非門的延遲時間無法確定，觸發(fā)器的狀態(tài)不能確定是1 還是0,因此稱這種情況為不定狀態(tài)，這種情況應(yīng)當(dāng)避免。從另外一個角度來說，正因?yàn)閞 端和s 端完成置0、置1 都是低電平

9、有效，所以二者不能同時為0表5 觸發(fā)器功能表綜上所述，對同步rs 觸發(fā)器歸納為以下幾點(diǎn)：1.同步rs 觸發(fā)器具有置位、復(fù)位和保持（記憶）功能；2）.同步rs 觸發(fā)器的觸發(fā)信號是高電平有效，屬于電平觸發(fā)方式；3）.同步rs 觸發(fā)器存在約束條件，即當(dāng)r=s=1 時將導(dǎo)致下一狀態(tài)的不確定；4）.觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)被控制在一個時間間隔內(nèi)，在此間隔以外的時間內(nèi)，其狀態(tài)保持不變。6:74ls10三輸入與非門：74ls10三輸入與非門內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如下：圖10 74ls10內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖74ls10引腳圖：圖11 74ls10引腳圖7:74ls190同步可預(yù)置數(shù)十進(jìn)制加減計數(shù)器74ls190同步可預(yù)置數(shù)十進(jìn)制

10、加減計數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖：74ls74190功能表：表六：74ls190功能表輸入輸出ctenloadd/udcbacp0dcba異步預(yù)置10加計數(shù)011減計數(shù)11保持74ls190動作時序圖： 圖12 74ls190動作時序圖74ls190是同步可預(yù)置數(shù)加減十進(jìn)制計數(shù)器，符號與動作時序圖如上圖，它具有異步指數(shù)端、加減控制端d/u和計數(shù)控制端cten，為了方便級聯(lián)，設(shè)置了兩個級聯(lián)輸出端rco和max/min。其各個控制端功能詳見其功能表（上表）四：功能模塊1：秒脈沖發(fā)生電路：首先 設(shè)計定時電路 由于555定時芯片是一種常用的定時芯片 且課堂中學(xué)習(xí)過，原理簡單易懂，因此選用555芯片來產(chǎn)生時鐘脈沖信號

11、。如下圖所示 用555定時器和74ls190芯片 經(jīng)過3次分頻 將1khz分頻成為1hz 即為1s 即1s定時電路設(shè)計成功 圖13 秒脈沖發(fā)生電路通過測量器輸出端產(chǎn)生的波形如下圖所示：圖14 秒脈沖波形圖2：輔助預(yù)置電路：為了保證系統(tǒng)的設(shè)計要求，在設(shè)計控制電路時，應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系，從系統(tǒng)控制要求可知，控制電路要完成以下4 項(xiàng)功能。（1） 操作“直接清零”開關(guān)時，要求計數(shù)器清零。（2） 閉合“啟動”開關(guān)時，計數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能，顯示器顯示預(yù)置數(shù)據(jù)；斷開“啟動”開關(guān)時，計數(shù)器開始進(jìn)行遞減計數(shù)。（3） 當(dāng)“暫停|連續(xù)”開關(guān)處于“暫停”位置時，控制電路封鎖時鐘脈沖信號cp，計數(shù)器暫停計

12、數(shù)，顯示器上保持原來的數(shù)不變，當(dāng)“暫停|連續(xù)”開關(guān)處于“連續(xù)”位置時，計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。另外，外部開關(guān)都應(yīng)采取去抖動措施，以防止機(jī)械抖動造成電路工作不穩(wěn)定。（4） 當(dāng)計數(shù)器遞減計數(shù)到零（即定時時間到）時，控制電路應(yīng)發(fā)出報警信號，使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變，同時報警電路工作。圖19 為置數(shù)控制電路，ld 接74ls192 的預(yù)置數(shù)控制端，當(dāng)開關(guān)s1 合 上時，ld=0,74ls192 進(jìn)行置數(shù)，當(dāng)s1 斷開時，ld=1, 74ls192 處于計數(shù)工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能（2）的要求。圖20 是時鐘脈沖信號cp 的控制電路，控_制cp 的放行與禁止。當(dāng)定時時間未到時，74ls192 的借位輸出信號bo

13、2=1,則cp 信號受“暫停|連續(xù)”開關(guān)s2 的控制，當(dāng)s2 處于“暫停”位置時，門g3 輸出0，門g2 關(guān)閉，封閉cp 信號，計數(shù)器暫停計數(shù)；當(dāng)s2 處于“連續(xù)”位置時，門g3 輸出1，門g2 打開，放行cp 信號，計數(shù)器在cp 作用下，繼續(xù)累計計數(shù)。定時時間到時，bo2=0，門g2 關(guān)閉，封鎖cp 信號，計數(shù)器保持零狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)了功能（3）（4）的要求。注意：bo2 是脈沖信號，只有在cpd 保持為低電平時，bo2 輸出的低電平才能保持不變。至于功能（1）的要求，可通過控制74ls192 的異步清零端cr 實(shí)現(xiàn)。報警電路在實(shí)驗(yàn)中也可以用發(fā)光二極管來代替。啟動，暫停|連續(xù)計時電路（控制

14、開關(guān)即可現(xiàn)啟動、暫停|連續(xù)計時功能）：圖15 啟動、暫停|連續(xù)控制電路3）預(yù)置、計數(shù)、顯示電路通過設(shè)置開關(guān)或按鍵電路可以對定時時間進(jìn)行預(yù)置，這部分需要編碼器。通過編碼后，送到計數(shù)器預(yù)置端作為計數(shù)的時間。根據(jù)題目要求這部分應(yīng)采用減計數(shù)。在計數(shù)同時，還需要對所計時間進(jìn)行顯示，所以需要譯碼顯示電路，顯示器用led。對于本模塊的器件選用，計數(shù)器選用74ls192 進(jìn)行設(shè)計較為簡便，74ls192是十進(jìn)制可編程同步加|減計數(shù)器，它采用8421 碼二十進(jìn)制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加|減計數(shù)功能。（控制左側(cè)開關(guān)可實(shí)現(xiàn)清零，控制右側(cè)開關(guān)可實(shí)現(xiàn)對0到99內(nèi)的任意數(shù)進(jìn)行預(yù)置數(shù)）圖：圖16 預(yù)置，計數(shù)，顯示電路

15、在其輸入端接入單刀雙擲開關(guān)控制器高低電平可實(shí)現(xiàn)其預(yù)置數(shù)功能，如圖：圖17 預(yù)置、計數(shù)、顯示電路 如下圖預(yù)置77：圖18 對計數(shù)器預(yù)置數(shù)目77 總體設(shè)計如下圖所示：圖19 總體設(shè)計圖五：總體設(shè)計電路圖：可預(yù)置的定時顯示報警系統(tǒng)總體參考電路如下圖 所示，555 定時器組成的多諧振蕩器經(jīng)過74ls190分頻輸出得到秒脈沖信號，作為計數(shù)器的時鐘脈沖；預(yù)置時間用開關(guān)控制，其輸出通過開關(guān)預(yù)置輸入，預(yù)置了計數(shù)器所要計數(shù)的時間。通過閉合啟動開關(guān)將預(yù)置數(shù)譯碼顯示， 計數(shù)器開始遞減計數(shù)，同時譯碼器譯碼顯示遞減數(shù)據(jù)，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)遞減到00 發(fā)出信號報警（燈由滅變亮）。電路在工作過程中，可以撥動暫停和連續(xù)開關(guān)對計數(shù)過程進(jìn)行控制。圖20 總體設(shè)計電路圖閉合預(yù)置數(shù)開關(guān)，調(diào)節(jié)預(yù)置數(shù)的數(shù)值，可以實(shí)現(xiàn)對0到99范圍內(nèi)任意數(shù)值對計時器進(jìn)行預(yù)置數(shù)，下圖為預(yù)置數(shù)77:，此時光電報警信號表現(xiàn)為燈滅：圖