數(shù)電課設(shè)-24小時(shí)定時(shí)電路

19/22摘要時(shí)間，是人類永恒的話題。隨著科技的進(jìn)步與生活方式的改變，人類發(fā)明了種類繁多的計(jì)時(shí)器。從原始的太陽鐘到現(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程。而計(jì)時(shí)器的種類也經(jīng)歷了從單一型到多樣化的蛻變。計(jì)時(shí)器，見證著人類的發(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，撥碼開關(guān)，設(shè)置時(shí)間，24小時(shí)AbstractTimeistheeternaltopicofmankind.Withtheprogressofscience，technologyandthechangeoflifestyle,mankindinventedagreatvarietyoftimers.Fromtheprimitivesolarclocktothepresent,anatomicclockwithanaccuracyofupto5billionyears,atimer,afollower,theprogressofmankind,hasundergonetheprocessofblurringtheaccuracyoftimefromtheprecisetotheprecise.Andthetypesoftimershaveundergoneametamorphosisfromsingletypetovariety.Timer,witnessedthedevelopmentandcivilizationofmankind.Thispaperwillstartwiththebasic555timertoformthe1sclockpulsecircuit,andthensetthetimecircuitforthe24hourdialingcode.Keywords:555timer,dialcodeswitch,settime,24hours目錄1緒言 11.1課題的來源和意義 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/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焊接中遇到的問題 144.4實(shí)物圖 154.5實(shí)物電路出現(xiàn)的問題及解決方案 165前景展望 186心得體會 19參考文獻(xiàn) 201緒言我們在日常生活中，經(jīng)常會碰到一些需要定時(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)簡單，成本低，維修也比較簡單，但是它的觸頭頻繁接觸和斷開，大大的縮減了它的使用壽命，也不利于進(jìn)一步全自動化。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，但需要通過親手做一遍全過程，完成一個(gè)產(chǎn)品制作，這個(gè)過程的收獲是很大的。為了在生活中更具實(shí)用意義，我們在定下初期目標(biāo)的時(shí)候特地簡化了功能。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)自動關(guān)機(jī)、定時(shí)。延時(shí)自動關(guān)機(jī)可用于：收音機(jī)、電視機(jī)、錄音機(jī)、催眠器、門燈、路燈、汽車頭燈、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)間之后便能自動斷開電源停止工作。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)間后會給出提示，極大地方便了用戶操作。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，計(jì)數(shù)模塊用來記錄經(jīng)歷的時(shí)間，顯示模塊用來直觀顯示經(jīng)歷的時(shí)間，報(bào)警模塊用來當(dāng)預(yù)置時(shí)間倒數(shù)完畢時(shí)的報(bào)警提示，設(shè)時(shí)模塊用來設(shè)置需要的時(shí)間，控制模塊用以控制電路的開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)鐘脈沖模塊時(shí)鐘脈沖模塊控制模塊控制模塊計(jì)數(shù)模塊顯示模塊計(jì)數(shù)模塊顯示模塊報(bào)警模塊設(shè)時(shí)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秒信號發(fā)生器電路秒信號發(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。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3。其秒信號發(fā)生電路如下圖所示：圖3.1.1脈沖電路仿真圖VCC通過對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：T＝R1*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開始從9減到0；這時(shí)，它的借位端BO會發(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，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)過或門輸出為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0—9的數(shù)字，則LT、LBI、BI/RBO三個(gè)腳都接高電平，ABCD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：此外我們設(shè)計(jì)出一個(gè)要用一個(gè)發(fā)光二極管顯示秒的過程的電路。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（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)四位撥碼開關(guān)、74LS192D等元件來完成工作。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)量級進(jìn)行定時(shí)的時(shí)候很少會使用到單獨(dú)的分鐘，于是我決定將分鐘和小時(shí)分開，或者說用兩種不同的倒數(shù)計(jì)時(shí)模式來使其工作，后面詳述。在本電路中，通過撥碼的8421碼通過ABCD四個(gè)輸入端，經(jīng)由74LS192D來進(jìn)行置數(shù)，在了解到此芯片的功能表后，我們在電路的起始端處于暫停狀態(tài)時(shí)對其進(jìn)行置數(shù)，在撥碼開關(guān)四個(gè)撥碼向上向下表示1、0時(shí)，8421碼對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)在經(jīng)過譯碼器輸出到數(shù)碼管顯示對應(yīng)數(shù)字。后面根據(jù)電路原理，將會從置數(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/停止電路設(shè)計(jì)在啟動（開始）和暫停的兩個(gè)功能中，主要針對了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)三鍵開關(guān)用來在電源和地進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制對555芯片的/RST（復(fù)位引腳或稱直接清零端）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達(dá)到控制整個(gè)電路的目的。圖3.6.1啟動停止電路仿真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)生的脈沖信號會直接對第四個(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，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，對交流電進(jìn)行半波整形，再經(jīng)過一個(gè)電容對其整形，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)絲就會因大電流引發(fā)的高溫溶化后斷開。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焊接中遇到的問題為了能更簡便地使用杜邦線進(jìn)行直插操作，我在電路板底下對每個(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也這樣插在排針上面來解決。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，在電路出了少許問題后，發(fā)現(xiàn)了問題但是并沒有能及時(shí)解決。以下列出出現(xiàn)的問題與解決方案以供查閱。問題：復(fù)位開關(guān)可以設(shè)置時(shí)間，但是在計(jì)數(shù)時(shí)若按下復(fù)位開關(guān)會導(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)位開關(guān)的功能，重新對引腳接線。問題：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的問題，重新調(diào)整對進(jìn)位控制的芯片（74LS192）的引腳，使其能夠符合功能。問題：在調(diào)整到以小時(shí)計(jì)數(shù)的功能時(shí)，會出現(xiàn)跳位不穩(wěn)定的問題。解決方案：可能是芯片本身的問題，更換芯片。接線錯(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)動式、電機(jī)傳動式或電鐘式等機(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、壽命長而且安全可靠、調(diào)整方便、