定時控制器邏輯電路設(shè)計

大連工業(yè)大學(xué)通信xxx-第2頁共12頁定時控制器邏輯電路設(shè)計作者：xxx指導(dǎo)教師：xxxxxxx[摘要]為了能使一起在特定的時間內(nèi)工作，通常需要人在場干預(yù)才能完成。本課程設(shè)計的定時控制器，就是能使你不在時，儀器也能按時打開和關(guān)閉。例如你想用錄音機、錄像機錄下某一時間段的節(jié)目，而這一段時間你又有其他事要做，不在家或機器旁邊，你就可以事先預(yù)置一下定時器。在幾點幾分準(zhǔn)時打開機器，到某時某刻關(guān)掉機器。本文介紹的定時控制器由數(shù)字鐘單元、定時單元和控制器單元以及繼電器輸出單元等幾部分組成,并詳細介紹了定時控制器的設(shè)計方案、功能及在設(shè)計過程中所做的改進。[關(guān)鍵詞]數(shù)字鐘電路；定時電路；控制電路；繼電器電路 一.設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個帶數(shù)字電子鐘的定時控制器邏輯電路。二.設(shè)計要求1.基本要求1.1具有電子鐘功能，顯示為四位數(shù)字。1.2可設(shè)定定時起動（開始）時間與定時結(jié)束（判斷）時間。1.3定時開始指示燈亮；定時結(jié)束，指示燈滅。2.發(fā)揮部分定時范圍可以選擇，能精確到分鐘。三.說明1.時間要求：6月29日至7月2日共1周 2.內(nèi)容：完成實際電路，總結(jié)報告。定時控制器由數(shù)字鐘單元、定時單元以及控制器單元和繼電器輸出單元等幾部分組成。如圖3.1所示為定時控制器系統(tǒng)框圖。繼電器繼電器輸出單元數(shù)字鐘單元定時時間設(shè)定控制器單元 數(shù)字鐘單元定時時間設(shè)定控制器單元圖3.1定時控制系統(tǒng)框圖四.方案選擇與論證 1.數(shù)字中單元電路一般而言數(shù)字鐘單元的設(shè)計與制作可以采用數(shù)字電路來完成,也可以采用單片機來完成.若采用數(shù)字電路來完成,其功能主要是依賴于數(shù)字電路的各功能模塊的組合來實現(xiàn),盡管電路復(fù)雜，但電路原理及元件連接較為簡單，易于以后調(diào)試、改正;而采用單片機來設(shè)計制作,由于其功能的實現(xiàn)主要是通過軟件編程來完成,雖然降低了電路的復(fù)雜性,但編程冗長且較難，不易完成，修改調(diào)試困難，不易于操作.本電路是以簡單的數(shù)字邏輯電路為基礎(chǔ)，來實現(xiàn)數(shù)字鐘單元。 方案一：采用數(shù)字電路控制，其原理方框圖如圖4.1.1所示。由晶振電路經(jīng)分頻產(chǎn)生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。整個計數(shù)器電路，采用74LS圖5.1.2分、時計數(shù)器電路1.3譯碼顯示 所有計數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD-七段譯碼器，顯示器采用共陰或共陽數(shù)碼管。U5-U8輸出的BCD碼被分別接到U9-U12。U9-U12均為74LS48BCD-七段譯碼器電路，由它驅(qū)動七段共陰LED數(shù)碼管。四個數(shù)碼管給出從00：00到23：59的時間顯示，而D1和D2為發(fā)光二極管顯示，用來顯示秒脈沖。電路圖如圖5.1.3所示。 圖5.1.3譯碼顯示電路1.4校正時間電路在剛剛開機接通電源時，由于時分為任意值，所以，需進行調(diào)整。置開關(guān)在手動位置，分別對時、分進行單獨計數(shù)。計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。在本電路中，開關(guān)S1用來預(yù)置時間，當(dāng)它置于位置A時，數(shù)字鐘處于正常狀態(tài)；當(dāng)他置于位置B時，給出1Hz的脈沖到分計數(shù)器U5；當(dāng)它置于位置C時，它給出1Hz的脈沖到小時計數(shù)器U7。 2.定時器定時時間的設(shè)定定時器控制的功能是將數(shù)字鐘的時間與預(yù)置的開、關(guān)時間進行比較，并完成相應(yīng)的開關(guān)動作。在定時器預(yù)置開關(guān)電路中，有兩組開關(guān)——其實定時時間開關(guān)和終止定時時間開關(guān)。每組有四個開關(guān)（邏輯開關(guān)J1-J8，J1-J4為其實定時時間開關(guān)，J5-J8為終止定時時間開關(guān)開關(guān)）。根據(jù)需要設(shè)置的定時時間，由8421BCD碼表，將0—9的十進制數(shù)轉(zhuǎn)化為四位0-1二進制數(shù)，分別置入邏輯開關(guān)即可。例如定時時間為“09：30”即在4個邏輯開關(guān)相應(yīng)依次輸入“0000”，“1001”，“0011”，“0000”。3.控制器單元 控制器的任務(wù)是將計數(shù)值與設(shè)定值進行比較。U8-U5數(shù)字中輸出和定時邏輯開關(guān)輸出是通過異或門74LS86（電路圖中U18-U21）進行一位一位的比較，當(dāng)定時開關(guān)時間到，即所有的值全相等時，在74LS30與非門（圖中U23）輸出端輸出一個負脈沖，使控制觸發(fā)器74LS112(圖中U24)變?yōu)楦唠娖?。雙下降沿JK觸發(fā)器74LS112，在時鐘脈沖CP的后沿（負跳變）發(fā)生翻轉(zhuǎn)，它具有置0、置1、計數(shù)和保持功能。JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程如式5.3.1所示。74LS112引腳排列如圖5.3.2所示。功能如表5.3.3所示。 公式5.3.1JK觸發(fā)器狀態(tài)方程J和K是數(shù)據(jù)輸入端，是觸發(fā)器狀態(tài)更新的依據(jù)，若J、K有兩個或兩個以上輸入端時，組成“與”的關(guān)系。Q與為兩個互補輸出端。通常把Q＝0、的狀態(tài)定為觸發(fā)器“0”狀態(tài)；而把Q＝1、定為“1”狀態(tài)。圖5.3.2JK觸發(fā)器74LS112引腳圖JK觸發(fā)器一般都有異步置位、復(fù)位端，作用是預(yù)置觸發(fā)器初態(tài)。當(dāng)不使用時，必須接高電平（或接到電源+5V上），不允許懸空，否則容易引入干擾信號，使觸發(fā)器誤動作。表表5.3.374LS112功能表 輸入輸出DDCPJKQn+1n+101×××1010×××0100×××φφ11↓00Qnn11↓101011↓010111↓11nQn11↑××Qnn 4.繼電器電路由控制電路作用，使控制觸發(fā)器74LS112(圖中U24)變?yōu)楦唠娖?即Q為高電平，使得繼電器RL1和RL2接通，定時器開始定時。RL1的接通，使得+5V從加入“起始定時開關(guān)”而轉(zhuǎn)加到“終止定時時間開關(guān)”上。由于控制觸發(fā)器74LS112(圖中U24)中Q=1（=0），使定時器的“定時開始指示燈”亮。當(dāng)時間運行到“終止時間”設(shè)定值時，74LS30與非門（圖中U23）輸出端又一次輸出一個負脈沖，使得控制觸發(fā)器74LS112(圖中U24)翻轉(zhuǎn)，即Q=0。U24的低電平使T1和T2關(guān)斷，RL1繼電器釋放，又回到定時前的工作狀態(tài)。同時Q=0又使“定時結(jié)束指示燈”亮。繼電器RL1輸出端，一端接起始定時時間邏輯開關(guān)，另一段接終止定時時間邏輯開關(guān)，由此來實現(xiàn)交叉供電，即在定時的起始時間時，該繼電器閉合，給起始時間邏輯開關(guān)供電，而在定時的終止時間起作用時，繼電器斷開給終止時間的邏輯開關(guān)供電。RL2用于外接所需控制的儀器。按下S3，可以去掉預(yù)先存在的“定時”設(shè)定。繼電器部分電路如圖5.4所示。 圖5.4繼電氣部分電路 六、收獲體會和改進意見課程設(shè)計終于完成，在這個過程中我遇到了很多困難，知識的缺乏，對畫圖和仿真軟件的不熟悉等等，這其中得到了指導(dǎo)老師的很多幫助，同時也給我提供了一些建議和意見。這個課題用到了數(shù)字電路方面的知識，通過這次課程設(shè)計，使我對TTL74系列、CMOS系列元器件以及其他集成電路有了一定的了解，平時課上的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，所以通過這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。剛拿到課程設(shè)計的題目，起初不知該從何下手，經(jīng)過老師指導(dǎo)設(shè)計和對材料的講解，再到圖書館和網(wǎng)上查找大量資料，才慢慢了解課程設(shè)計。在資料和電腦前思考的過程是苦澀的，在圖書館中查找資料的過程是也是艱辛的，但當(dāng)課程設(shè)計完成時，那感覺是舒服的，才真正理解到?jīng)]有付出就不會有回報的真正含義，一份耕耘一份收獲，有付出才會有回報，這個過程中我也學(xué)會了怎樣去更有效地學(xué)習(xí)，怎樣和他人探討，學(xué)會了怎樣快速高效的搜集自己所需的資料。其次，通過這次課程設(shè)計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。而且，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計必將成為我學(xué)習(xí)生涯上一個非常美好的回憶！只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我們應(yīng)該把定時控制器這一項技術(shù)學(xué)的更透徹一些，能實際的應(yīng)用到每一個生活角落，不僅僅是這一項，實際生活中有很多對定時器的應(yīng)用。我對相關(guān)知識還有待提高，自身的不足對生活中的應(yīng)用有很大的阻礙，我要加緊對自身的提高進行學(xué)習(xí)，努力做到在對專業(yè)知識的掌握和熟練運用。以后我會主動參加一些實踐活動，進一步增強自己的動手能力。這次課程設(shè)計我懂得要具備嚴謹，大膽，勇于創(chuàng)新的精神。我從中獲益匪淺，學(xué)到了小心謹慎，實事求是的態(tài)度，也得到了老師和同學(xué)的大力幫助和支持，對大家表示由衷的感謝。本電路是以簡單的數(shù)字邏輯電路為基礎(chǔ)，來實現(xiàn)定時控制功能。其功能主要是依賴于數(shù)字電路的各功能模塊的組合來實現(xiàn),性能可靠，操作簡單，成本低等特點。但也有不足，比如由數(shù)字電路來實現(xiàn)數(shù)字鐘單元，電路較復(fù)雜，電線容易搭接錯誤，不好修改，以后應(yīng)多嘗試用單片機編程來實現(xiàn)，以此來總體簡化電路。參考文獻[1]