多功能定時器課程設計

摘要在日常生活照，555定時器的應用非常廣泛，我們常常用到定時控制。在早期運用的是模擬電路設計的，它的準確性和精度都不是很理想。然而現在根本上都是運用數字技術。定時器可以控制一些常用電器，也可以構成復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)。它的功能強大，體積小且靈活，配以適當的芯片可以實現許多功能。隨著電子技術的飛速開展，家用電器逐漸增多，不同的設備需要實現不同的功能，需要自己的控制器，設計十分不便。根據這種情況，本設計設計了一個多功能定時器，可以對許多電器進行定時。這種具有智能化的產品有效的減輕了人們的勞動，帶人們走進智能化的時代，為家庭數字化的實現提供了可能。關鍵詞：555定時器；多功能；電器目錄TOC\o"1-3"\h\u247791方案論證1274511.1方案的比擬環(huán)節(jié)1179651.2實驗方案1107532原理及技術指標2138802.1實驗原理2269862.2實驗技術指標229443單元電路設計及參數計算3267993.1單元電路設計3254753.1.1控制電路3260663.1.2可控脈沖發(fā)生電路3235703.1.3延時控制電路5304273.1.4電源電路 657923.2實驗的連接與處理7259683.2.1各部件實現功能7269653.2.2實驗處理8237064電路圖9220414.1電路圖9273825設計小結93775.1個人感悟10225095.2遇到問題及解決途徑1024391參考文獻1115487附錄121方案論證1.1方案的比擬環(huán)節(jié)方案一：通過51單片機進行編程設計一個電路系統(tǒng)方案二：采用555定時器組成的多諧振蕩器產生時鐘脈沖。。方案三：采用晶振產生時鐘脈沖。晶振用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定、精確的單頻振蕩。比擬分析：三種方案相比擬，方案一需要進行編程，而我們無法在短時間內編寫好完整的程序，可實現性不強。方案二：555定時器芯片是一種廣泛應用的中規(guī)模集成電路，只要外圍配以幾個適當的阻容元件，就可以構成無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等應用電路，以此為根底可設計各種實用的電路形式。而方案三的晶振的作用是為系統(tǒng)提供根本的時鐘信號，但采用晶振需要較多的元器件，并且電路圖比擬麻煩，而且也不能到達鍛煉思考能力、電路分析的目的。因此，通過比擬實用性，合理性，選擇方案二。1.2實驗方案電源電路采用橋式整流電路從220VAC到5VDC的整流，可控脈沖發(fā)生器采用555多諧振蕩器產生秒脈沖，延時電路由6級74LS160芯片組成前兩級為秒脈沖觸發(fā)，不參與判斷，后四級為分鐘脈沖觸發(fā)，用74LS160控制置位端的A，B，C，D門一個脈沖開關控制此計數器的觸發(fā)連接74LS21，可通過選通來確定所需要的輸出位，當滿足條件就會輸出一個信號通過繼電器的閉合控制用電器開關。2原理及技術指標2.1實驗原理用555時基電路構成的多諧振蕩器來產生頻率為1Hz的脈沖，即輸出周期為1秒的方波脈沖，將該方波脈沖信號送到秒計數器74LS160的CLK脈沖端,由于設計需要調整時間到達5min-18h和55min-20h，所以是分為秒計數器和分計數器。秒計數器為60進制，需要兩級74LS160，個位計數器為十進制，十位計數器為六進制，組合而成為六十進制的秒計數器分計數器為均十進制減法計數器由于18h為1080min，20h為1200min，所以分計數器需要四級74LS192芯片，再通過調整輸ABCD的位置才調整2.2實驗技術指標它既可以對應用電器進行一次定時控制，又可以對電氣進行循環(huán)控制。電路要求由電源電路、可控脈沖發(fā)生器、延時控制電路和控制執(zhí)行電路組成。1〕定時和控制選用555定時器和十進制計數器；2〕設計方案要有比擬環(huán)節(jié)；3)并且一次定時時間可設定5min—18h，循環(huán)定時時間55min—20h；設定控制功率為500W，自身耗電要小于1W。4〕用繪圖軟件繪制原理圖。3單元電路設計及參數計算3.1單元電路設計3.1.1控制電路控制電路由開關、清零和循環(huán)按鍵組成，開關是通過脈沖控制器判斷給秒脈沖的CLK端圖3-1控制電路A圖3-2控制電路B3.1.2可控脈沖發(fā)生電路脈沖發(fā)生電路是由555定時器組成的，555定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規(guī)模集成器件，電路如圖3-1-2所示。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，輸出驅動電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。它的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5~16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3~18V。一般用5V。3腳：輸出端Vo。2腳：低觸發(fā)端。6腳：TH高觸發(fā)端。4腳：是直接清零端。當此端接低電平，那么時基電路不工作，此時不管TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0〞，該端不用時應接高電平。5腳：VC為控制電壓端。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比擬器A1、A2基準電壓分別為的情況下，555時基電路的功能表如表3-1-1所示。圖3-3可控脈沖發(fā)生電路時鐘信號發(fā)生器是由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器構成，通過設置適宜的R1、R2和C值可以將輸出頻率調整為1Hz。在精度要求相對不高的情況下，多諧振蕩器的振蕩頻率可由下式估算：f0=1/(0.69*(R1+2R2)*C)那么，當R1=16KR2=16k，C=10μF由于R1是可調電阻，所以通過改變R1的電阻值到達改變頻率可以實現可控的環(huán)節(jié)。3.1.3延時控制電路延時控制電路又可以稱為計數器電路，計數是一種最簡單根本的運算，計數器就是實現這種運算的邏輯電路，計數器在數字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個數進行計數，以實現測量、計數和控制的功能，同時兼有分頻功能，計數器是由根本的計數單元和一些控制門所組成，計數單元那么由一系列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構成，這些觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器及JK觸發(fā)器等。計數器在數字系統(tǒng)中應用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指令地址進行計數，以便順序取出下一條指令，在運算器中作乘法、除法運算時記下加法、減法次數，又如在數字儀器中對脈沖的計數等等。計數器可以用來顯示產品的工作狀態(tài)，一般來說主要是用來表示產品已經完成了多少份的折頁配頁工作。它主要的指標在于計數器的位數，常見的有3位和4位的。很顯然，3位數的計數器最大可以顯示到999，4位數的最大可以顯示到9999。本次我們使用的74LS160本身就是一個十進制的計數器，而這次設計的四位十進制的計數器級聯是通過進位端與另一個兩層級聯的74LS160芯片組成的六十進制計數器是CLK相連實現的計數原理與數學中的數數沒多大區(qū)別，首先由秒計數器機夠60進位到個位0-9，那么進一位到10位，10位從0到9，那么進一位到100位，當計數到999時，計數器進一位到1000.于是就實現了4位數的計數。表3-4延時控制電路功能CLKRD’LD’EPET邏輯功能X0XXX預置數〔同步〕↑1011保持X1101保持X11X0保持↑1111計數由上表可知當RD'=0時計數器為全零狀態(tài)。因清零不需與時鐘脈沖CP同步作用，因此稱為異步清零。當清零端RD'=1時，使能端EP=ET=1時，預置控制端LD'=0，電路可實現同步預置數功能。當RD'=LD'=1時只要EP與ET中的一個為0，即封鎖了四個觸發(fā)器的J、K端使其全為0此時無CP脈沖，各觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。當LD'=RD'=EP=ET=1時電路可實現十進制加法計數功能。因此，采用兩片74LS160芯片級聯，首先構成100進制的計數器，再通過適當的與非門改造成60進制的計數器即可。圖3-5延時電路3.1.4電源電路圖3-6電源電路本設計是需要一個+5V直流電源供電，但是生活中沒有+5V的電壓供電，然而直流電源的輸入電壓為220V的電網電壓，所以在正常情況下，輸入電壓是遠遠的高于本設計所需的電壓值，因此需要先使用變壓器降壓，將220V的電網電壓降低到5V后，再進行下一階段的處理。變壓器是這一電源電路起始局部，將220V的直流電壓轉變?yōu)樗璧妮^低的+5V電壓，才可以進行下一階段的整流局部。一般規(guī)定V1為變壓器的高壓側，V2為變壓器的低壓側，這樣就可以將220V的電壓降低到+5V，如下圖：圖3-7變壓器如圖3-8，為橋式整流電路，就是將交流電網電壓轉換為所需電壓，整流電路由四只整流二極管組成。為了簡便起見，這里所選的二極管都是理想的二極管，二極管正向導通時電阻為零，反向導通時電阻無窮大。在V2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，經過二極管D1，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D4正向導通，D2、D3反向截止，產生一個極性為上正下負的輸出電壓。在V2的負半周，其極性正好相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，經過二極管D2，再由二極管D3流回變壓器，所以D1、D4反向截止，D2、D3正向導通。橋式整流電路利用了二極管的單向導電性，利用四個二極管，是它們交替導通，從而負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。圖3-8橋式整流電路3.2實驗的連接與處理3.2.1各部件實現功能電源電路作用是220VAC變成5VDC。74LS160實現加法計數功能，555定時器組成的多諧振蕩器產生進位脈沖，一個四輸入與門實現對時間進行判定，如果每個74LS160到達設定數值就會對高一級的四與門輸入電路產生一個正信號，當4個四與門輸入電路都為正信號也就是說到達設定的數值時候，也就是計時時間到了，通過繼電器向外進行輸出，控制繼電器的開通與中斷，到達控制的目的。3.2.2實驗處理具有數字顯示的倒計時器的設計根據電路的邏輯功能主要分為四個模塊組成：控制電路模塊、脈沖發(fā)生電路模塊、電源電路、延時電路組成。功率計算：表3-9功率計算表名稱芯片功率(mW)個數總功率(mW)74LS160406240LM555500150074LS211055074LS0015230總計820計算得出電路功耗約為820mW，滿足題目設計要求的1W。4電路圖4.1電路圖圖4-1電路圖將220V電網電源經過變壓器轉為+5V的電源給555定時器供電，計時前先設定計時時間，將與74ls160芯片連接的74ls21芯片需要的關鍵555定時器產生的秒脈沖和二輸入與非門的另一端按鍵信號作用于，秒計數器的一個位芯片

的c

l

k端。

當開始摁下去時，由于接的是高電平，那么高電平通過二輸入與非門變成低電平。

74ls160的clk端為低點評有效，那么計數一次，當計滿十次就向前進位，進位為六次時就為一分鐘，向分計時器進位一次，計數1

當到達設定接線時間時會向外的四輸入與門電路輸出一個信號，這個信號可以驅動繼電器電路到達電氣控制的目的。5設計小結5.1個人感悟我們已經學習了數字電子電路和模擬電子電路，對電子技術有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次對數字鐘的設計與制作，讓我們了解了電路的設計程序，也對數字鐘的原理與設計理念有了一定的了解。我們知道了如何設計出1HZ的信號，也對時分秒的設計有了一定的了解，并且知道在實際電路一般步驟為由數字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯，這里的每一級是指組成數字鐘的各功能電路。同時，在此次的數字鐘設計過程中，我們更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法，也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。此外，我們也深刻地體會到設計一個電路前先進行仿真的重要性，更深有體會，通過仿真可以對自己設計得電路進行逐級排查和調試，找出電路中問題的所在，及時糾正自己的錯誤。5.2遇到問題及解決途徑在本次課程設計中，出現了許多問題，，最終全部解決掉了。下面提一下最大的兩個問題：第一個問題就是在設計的過程中，在選擇芯片上，下了很多工夫，在網上搜集各種資料后，最后在Multisim軟件中將每個芯片進行調試，之后才決定用以上所選的各種芯片。第二個問題就是使用Multisim軟件的時候，仿真沒有結果。首先我排查了各個連線處是否有連錯的情況，是否有漏連的情況。在排查完連線之后，還是沒有仿真結果，就開始對電路設計進行排查，