可預置定時電路

1、目 錄第一部分 設計任務與要求-1第二部分 總體框圖-1第三部分 選擇器件-23.1 十進制可逆計數(shù)器74LS192 -33.2國產(chǎn)雙極型定時器CB555-43.3三極管非門74LS04-73.4二十進制優(yōu)先編碼器74LS147-83.5 74LS00四2輸入與非門-103.6.基本RS 觸發(fā)器:-113.7數(shù)碼顯示譯碼器-133.8 74LS47譯碼器-153 9 74ls10三輸入與非門-16第四部分 功能模塊-174.1秒脈沖發(fā)生-174.2輔助控制電路-194 3預置、計數(shù)、顯示電路-21第五部分 總體設計電路圖-23第六部分 心得體會-23可預置定時電路一、 設計任務與要求（1） 設

2、計一個可靈活預置時間的計時電路，要求具有時間顯示功能，能準確的預置和清零。（2） 設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫時|連續(xù)計時。（3） 要求計時電路遞減計時時，每隔一秒，計時器減一。（4） 當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)出光電報警信號。二、 總體框圖啟動控制秒脈沖發(fā)生器控制電路譯碼顯示計數(shù)器預置輸入電路報警 圖1定時器由啟動電路、秒脈沖發(fā)生器、預置輸入電路、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。其中譯碼電路和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成計時功能，而控制器完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、暫時功能。通過設置開關或按鍵電路可以

3、對定時時間進行預置，這部分需要編碼器。通過編碼后，送到計數(shù)器預置端作為計數(shù)的時間。根據(jù)題目要求這部分應采用減計數(shù)。在計數(shù)同時，還需要對所計時間進行顯示，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進行設計較為簡便，74LS192是十進制可編程同步加|減計數(shù)器，它采用8421碼二十進制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加|減計數(shù)功能。報警電路在實驗中可以用發(fā)光二極管來代替三、選擇器件型 號 名 稱 數(shù) 目 74LS192 十進制可逆計數(shù)器 2CB555 國產(chǎn)雙極型定時器 174LS04三極管非門 274LS147二十進制優(yōu)先編碼器 274LS00 2輸入與非門

4、 1 74LS10 3輸入與非門 1 LED七段數(shù)碼顯示管 2 74LS47譯碼管 2表11、十進制可逆計數(shù)器74LS192 74LS192是同步十進制可逆計數(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的引腳排列及邏輯符號（a）引腳排列 (b) 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： 輸入 輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011 加計數(shù)011 減計數(shù)表2

5、74LS192的功能表2、國產(chǎn)雙極型定時器CB555國產(chǎn)雙極型定時器CB555電路結構圖。它是由比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。555定時器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當阻容元件，就可以方便地構成脈沖產(chǎn)生和整形電路。其結構框圖如圖2所示：圖3 結構框圖 圖中的數(shù)碼18為器件引腳的編號。 圖4 555定時器邏輯符號（A）.模擬功能部件 電阻分壓器、 V cc 經(jīng) 3 個 5 k 電阻分壓后提供基準電壓：（B ）. 基本功能當時，輸出電壓為低電平，VT飽和導通。當時，時，時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，Q0，飽和導通。當、時，C1、C2輸出均為

6、高電平，基本RS觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變，因此、VT也保持原來狀態(tài)不變。當、時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，Q1，VT截止。表3 555 定時器的功能表 3、三極管非門74LS04仔細觀察一下圖中給出的三極管開關電路即 可發(fā)現(xiàn)，當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系，它實際上就是一個非門。（亦稱反向器）。當輸入信號為高電平時，應保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以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。 設計電路所用的芯片是74LS04，如下圖所示： 圖 5 74LS04的內部

7、結構圖 圖6 三極管非門74LS04的邏輯框圖 表4 非門功能表邏輯符號 邏輯函數(shù)式Y= A4、二十進制優(yōu)先編碼器74LS147 在常用的優(yōu)先編碼器電路中，除了二進制編碼器之外，還有一類叫做二十進制優(yōu)先編碼器。 它用一組四位二進制代碼來表示一位十進制數(shù)字。由于四位二進制代碼有十六種不同的排列，所以從十六種組合中，可以取十種來表示09十個數(shù)字。他能將 10個輸入信號分別編成10個BCD碼。在 10個輸入信號中的優(yōu)先權最高，的優(yōu)先權最低。圖6 是二十進制優(yōu)先編碼器74LS147的邏輯符號。我們以為例分析其優(yōu)先編碼的實現(xiàn)方法。當為低電平（有效信號）時，則A點為高電平。由邏輯代數(shù)基本公式9知，輸入信號

8、被A高電平封鎖。由于A點為高電平，則B點為低電平。由邏輯代數(shù)基本公式9知，輸入信號被B點低電平封鎖，只有被編碼?？深愃品治鰹楦唠娖剑o效信號）時，其余輸入的優(yōu)先級。圖7 二十進制優(yōu)先編碼器74LS147的邏輯框圖圖8 二十進制優(yōu)先編碼器74LS147的邏輯符號圖9 74LS147的內部原理圖如圖 由表 （2） 可知編碼器的輸出是反碼形式的BCD碼。優(yōu)先權以最高，為最低。二十進制優(yōu)先編碼器74LS147的功能表如下表所示輸入輸出I1I2I3I4I5I6I7I8I9 Y3Y2Y1Y01XX XX XXXX01XXXXXXX011XXXXXX0111XXXXX01111XXXX0 11111XXX0

9、111111XX01111111X0111111110111111111001111111111000011111100110011010101010表5 二十進制優(yōu)先編碼器74LS147的功能5、74LS00四2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：輸入輸出ABY001011101110表674LS00的內部結構原理圖如下：圖10與非門邏輯符號如下 圖1174LS00管腳圖如下： 圖126、基本RS 觸發(fā)器: 電路結構 把兩個與非門G1、G2的輸入、輸出端交叉連接，即可構成基本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、

10、Q。 圖13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系: 1）.當R=1、S=0時，則Q=0,Q=1,觸發(fā)器置1。2）.當R=0、S=1時，則Q=1,Q=0,觸發(fā)器置0。 如上所述，當觸發(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,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，或稱復位。 同理，稱R端為置0

11、端或復位端。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，由它們導致的轉換過程稱為翻轉。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，或稱為置位復位觸發(fā)器。其邏輯符號如圖(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端都畫有小圓圈。 3）.當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)翻轉時，要求在某一輸入端加一負脈沖，例如在S端加負脈沖使觸發(fā)器置1，該脈沖信號回

12、到高電平后，觸發(fā)器仍維持1狀態(tài)不變，相當于把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)，這種情況應當避免。從另外一個角度來說，正因為R端和S端完成置0、置1都是低電平有效，所以二者不能同時為0綜上所述，對同步RS觸發(fā)器歸納為以下幾點： 1.同步RS觸發(fā)器具有置位、復位和保持（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

13、觸發(fā)器存在約束條件，即當R=S=1時將導致下一狀態(tài)的不確定； 4）.觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉被控制在一個時間間隔內，在此間隔以外的時間內，其狀態(tài)保持不變。7、數(shù)碼顯示譯碼器數(shù)碼顯示譯碼器：將數(shù)字、文字、符號的代碼譯成數(shù)字、文字、符號的電路。LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，其中A、B、C、D BCD碼輸入端a、b、c、d、e、f、g 譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅動共陰極LED 數(shù)碼管。測試輸入端， “0”時，譯碼輸出全為“1”；消隱輸入端， “0”時，譯碼輸出全為“0”。LE 鎖定端，LE“1”時譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE0時的數(shù)值，LE0為正常譯碼。表為CC4511功能

14、表。CC4511內接有上拉電阻，故只需在輸出端與數(shù)碼管筆段之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當輸入碼超過1001時，輸出全為“0”，數(shù)碼管熄滅。七段發(fā)光二極管數(shù)碼管：圖13（a）(b)為共陰管電路和共陰數(shù)碼管引出腳功能圖。 圖14（a） 圖14 (b)表7 七段字型譯碼器的真值表ag段的最簡式為：a bc d e f8、74LS47譯碼器譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用，表2列出了74LS47的真值表，表示出了它與數(shù)碼

15、管之間的關系。 表7 輸 入 輸 出 顯示數(shù)字符號 LT() RBI(-) A3 A2 A1 A0 BI()/RBO() a() b() c() d() e() f() g() 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 X 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 2 1 X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 1 X 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 4 1 X 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 5 1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 6 1

16、 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 X 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8 1 X 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 9 X X X X X X 0 1 1 1 1 1 1 1 熄滅 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 熄滅 0 X X X X X 1 0 0 0 0 0 0 0 8 (1)LT()：試燈輸入，是為了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設置的。當LT()=0時，無論輸入A3 ，A2 ，A1 ，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，若驅動的數(shù)碼管正常，是顯示8。 (2)BI()：滅燈輸入，是為控制多位數(shù)碼顯示的

17、滅燈所設置的。BI()=0時。不論LT()和輸入A3 ，A2 ，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極7段數(shù)碼管熄滅。 (3)RBI(-)：滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設定的。當對每一位A3= A2 =A1 =A0=0時，本應顯示0，但是在RBI(-)=0作用下，使譯碼器輸出全1。其結果和加入滅燈信號的結果一樣，將0熄滅。 (4)RBO()：滅零輸出，它和滅燈輸入BI()共用一端，兩者配合使用，可以實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。圖15 管腳圖及邏輯符號9、74ls10 三輸入與非門 圖16 74ls10管腳圖Vcc 1C 1Y 3C 3B 3A 3Y _ 14 13 12

18、 11 10 9 8 Y = ABC ） 3輸入三正與非門 74LS10 1 2 3 4 5 6 7 1A 1B 2A 2B 2C 2Y GND圖17 74ls10引腳圖圖18 74ls10邏輯符號 表8 74ls10真值表四、功能模塊1）秒脈沖發(fā)生器 脈沖源是數(shù)字計時器的心臟，它能自動不停地產(chǎn)生脈沖信號，以供計時之用，它的穩(wěn)定和準確對計時器起著至關重要的作用。我們曾學過一些自激式的振蕩器，如：自激多諧振蕩器，自激間歇振蕩器等。但為了脈沖源的穩(wěn)定度，準確度，常用石英晶體振蕩器。一般情況下晶振蕩頻率愈高，準確度愈高，但所用分頻級數(shù)愈多，耗電量愈大，成本也就愈高。在選擇晶振器時，應綜合考慮。電路如

19、圖1-11 所示，為了保證基準時間的準確，可采用石英晶體振蕩電路，石英晶體的主頻為32768kHz，反相器采用CMOS器件， R15可在530M范圍內選擇，R16可在10150k范圍內選擇，振蕩頻率基本等于石英晶體的諧振頻率，改變C7的大小對振蕩頻率有微調的作用。這里選用 R15為5.1M，R16為51k，C6為56pF，C7為356pF，反相器利用了 CC4060中的反相器，如圖1-11和1-12所示。選用CC4060 14位二進制計數(shù)器對32768kHz進行14次二分頻，產(chǎn)生一個頻率為2Hz的脈沖信號，然后用雙D觸發(fā)器CC4013進行二分頻得到周期為1s的脈沖信號。當要求精度比較高時,應用

20、石英晶體振蕩器和D觸發(fā)器來構成秒脈沖發(fā)生器,此電路對精度要求不高時可用555定時器構成振蕩周期為一秒的多諧振蕩器,如圖17所示.圖中R1=R2=47k.滑動變阻器為2k,三個電阻串聯(lián).C3=10Uf,C4=0.01Uf.C6圖19 石英晶體振蕩器圖20 秒脈沖發(fā)生器 圖21 振蕩周期為一秒的多諧振蕩器圖22 555定時器構成多諧振蕩器及其仿真波形(T=1S,占空比為2/3)2)輔助控制電路 為了保證系統(tǒng)的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號之間的時序關系，從系統(tǒng)控制要求可知，控制電路要完成以下4項功能。（1） 操作“直接清零”開關時，要求計數(shù)器清零。（2） 閉合“啟動”開關時，計數(shù)器

21、應完成置數(shù)功能，顯示器顯示預置數(shù)據(jù)；斷開“啟動”開關時，計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)。（3） 當“暫停|連續(xù)”開關處于“暫?！蔽恢脮r，控制電路封鎖時鐘脈沖信號CP，計數(shù)器暫停計數(shù)，顯示器上保持原來的數(shù)不變，當“暫停|連續(xù)”開關處于“連續(xù)”位置時，計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。另外，外部開關都應采取去抖動措施，以防止機械抖動造成電路工作不穩(wěn)定。（4） 當計數(shù)器遞減計數(shù)到零（即定時時間到）時，控制電路應發(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的預置數(shù)控制端，當開關S1合 上時，LD=0,74LS192進行置數(shù)，當S1斷開時，LD=1, 74LS192處于計數(shù)工作狀態(tài)，從而實現(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。當定時時間未到時，74LS192的借位輸出信號BO2=1,則CP信號受“暫停|連續(xù)”開關S2的控制，當S2處于“暫?！蔽恢?/p>