顺序定时控制电路设计报告.doc

武汉理工大学专业课程设计（一）课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导老师： 工作单位： 题目：顺序定时控制电路设计初始条件：直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求以及说明书撰写等具体要求）1、 技术要求：设计一个三级顺序定时控制电路，可用于程序定时控制，使三级定时顺序触发，控制定时时间可调。2、 主要任务：（一）设计方案（1） 按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；（2） 以NE555时基集成电路为主，设计一个顺序定时电路（实现方案）；（3） 依据设计方案，进行预答辩；（二）实现方案（4） 根据设计的实现方案，画出电路逻辑图和装配图；（5） 查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；（6） 在面包板上组装电路；（7） 自拟调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求；（8） 撰写设计说明书，进行答辩。3、 撰写课程设计说明书：封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期任务书目录（自动生成）正文：1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案；4、调试过程及结论；5、心得体会；6、参考文献成绩评定表时间安排：课程设计时间：18周19周18周：明确任务，查阅资料，提出不同的设计方案（包括实现方案）并答辩；19周：按照实现方案进行电路布线并调试通过；撰写课程设计说明书。指导教师签名： 年 月 日系主任（或负责老师）签名： 年 月 日目录1技术指标：31.1设计目的：31.2设计分析：32方案一：32.1方案简介：32.2工作原理：42.3定时控制部分电路：42.4计数部分：53方案二：63.1方案简介：63.2工作原理：74方案比较：75实现方案：85.1方案简介：85.2元件作用以及工作原理：96调试过程：106.1第一次测试：106.2第二次调试：106.3第三次调试：107思考及心得体会：117.1思考117.2心得体会：118参考文献12顺序定时控制器设计1技术指标1.1设计目的 设计一个三级顺序定时控制电路，可用于程序定时控制，使三级定时顺序触发，控制定时时间可调。1.2设计分析 电路要实现定时功能就必需有定时装置，而555定时器很容易能是电路的定时功能。 555定时器计时方式有两个一个是单稳态触发器还有一个是多谐振荡器，如果用单稳态定时器，则直接可以实现定时功能，二多谐振荡器则还需要借助其他计数装置才能实现定时功能。 又因为是三级定时器，所以至少需要三个定时结构，并且在上级定时器定时结束，输出能激励下级定时器开始工作。根据以上分析设计电路如下。2方案一2.1方案简介 本方案每级都是由n个jk触发器组成的定时电路且都是用555定时器组成的多谐振荡器提供的连续脉冲进行驱动脉冲源电路如图所示图1 脉冲源电路图 电路由一个555定时器两个电阻两个电容两个二极管组成其中5脚电容起抗干扰作用，二极管利用单项导电性，改变周期公式，使得一个周期内两个电阻分别导通一次。2.2工作原理 电路接通瞬间各电容没有储能2,6端都处于低电平工作状态，Rs触发器处于置一装态，晶体管处于截止状态，随着电容C2充电2，6端电势逐渐升高，知道大于2/3Vcc，当电容两端电压大于2/3Vcc时rs触发器处于置零状态，T导通电容C2放电，2,6端电压下降。直到Vc2小于1/3Vcc，重复以上过程，所以连续脉冲源不断交替发出高电平低电平。 脉冲周期 T=0.7*（R1+R2）*C2每一级电路都是由定时控制部分和计数部分组成。2.3定时控制部分电路（以四个jk触发器为例）电路如图图2 方案二定时控制电路 电路由一个四输入与非门一个三输入与门四个单刀双掷开关组成，双掷开关接各个jk触发器输出端，其中Q3为高位，每一位根据具体定时多少接Q或者Q非，如果当位为1则接Q反之则接Q非，例定时为9则四个开关从高到低链接情况为Q，Q非，Q非，Q。当计数部分输出打到预设情况后与非门输出零阻断脉冲通过与门本级电路停止工作同时Y输出端低电平触发下级工作。注：接处当n等于1的时候，即第一级部分接逻辑开关。2.4计数部分电路图3 16进制计数器 其中开关置零时电路处于清零状态，置“1”电路开始工作在连续脉冲作用下从“0000”开始进行加计数，直到达到预设数。Jk触发器真值表RSQn+1逻辑功能00Qn保持011置1100置011不定不允许图4 jk触发器真值表3方案二3.1方案简介 本方案同方案二用连续脉冲作为电路驱动，但是改变jk触发器为192芯片，使得电路更简洁，同时Q端可以接数码显示，使定时效果更加直观。电路图如下图5 74LS192第n级定时控制电路 2为高位芯片，1为低位芯片。ABCD为置数端，D为高位。每级电路由一个非门一个二输入与门和两个192芯片组成。74ls192功能表如图所示clearUp downloadA B C DQA QB QC QD CO BO1X XXX X X X 0 0 0 0 1 10X X0X X X X A B C D 1 10POS 11X X X X COUNT UP * *01 POS1X X X X COUNT DOWN * * 图6 74LS192功能表3.2工作原理 当上机电路定时结束时非门输出由“0”变为“1”，l端完成置数，低位芯片开始进行减计数。当由“0000”变为“1001”时Bo端向高位发出借位脉冲，高位完成一次减计数。当高位达到“0000”时高位Bo端发出“0”，阻断脉冲通过与门本级电路停止工作，同时Y端输出“0”触发下级电路工作。注：非门输入端当n=1即为一级电路时，接路基开关，以控制电路启动。4方案比较 方案二是方案一得改进，用已有芯片代替jk触发器，使得电路更加简洁，而且定时效果更加直观。同时是定时更加方便。 但是这两个方案都有较高成本，而且定时效果具有一定的离散性，不能适应某些低成本电路或者连续定时电路。经过选择，使用实现方案如下。5实现方案5.1方案简介图7 实现方案电路图 本电路由三个555定时器组成。555定时器结构如图所示图8 555定时器内部结构图 由两个电压比较器，三个5k电阻，一个基本rs触发器，一个放电晶体管一个与非门，一个非门电路组成，当5脚悬空时，6脚2脚的比较电压分别是2/3,1/3Vcc当6脚大于2/3Vcc时C1输出零则rs触发器处于置零状态Q端输出零T导通同理2脚低于1/3Vcc的时候rs为置一状态，Q端输出一，T不导通。3脚通过非门输出Q。5.2元件作用以及工作原理 本电路三级都是由555定时器组成的单稳态工作电路（以第一级为例） 每一级由一个103电容一个104电容CA一个0.05m欧滑动变阻器组成，两级之间用102电容连接并通过33k电阻连接到电源Vcc。 555组成的单稳态工作电路有两个工作状态分别是暂稳态和稳态。图9 一级定时控制电路 电平Q端输出低电平时，2脚输入高电平，3脚输出低低电平，晶体管导通，电容CA放电。此后6脚小于2/3Vcc，2脚大于1/3Vcc。Rs触发器处于保持状态，使得555总是输出低电平。 当定时器处于稳态输出的时候，给2端一个瞬间低电平，则电压比较器C2输出低电平，Rs触发器处于置一状态，电路进入暂稳态状态，晶体管T截止，电容CA充电，当VcA大于2/3Vcc时Rs触发器处于置零状态暂稳态结束。在本方案中给2点一个瞬间低电平，则A级进入暂稳态，一级二级之间的电容器处于放电状态，当一级进入稳态输出后二级2端在得到一个瞬间低电平，随着电容充电很快回到高电平，B级重复A级工作过程，达到稳态后触发C级工作。实际电路中用发光二极管对各级输出端进行检测。6调试过程 按照上示电路图连接好电路，利用干电池串联得到4.5v直流稳压源，进行测试。6.1第一次测试 将电源接入电路，给一级电路2脚一个瞬间低电平，一号灯了一下，二号没有反应，调换一号二号灯的位置，结果依然是一级电路的灯闪了一下，确定发光二极管没有损坏。利用万用表电压档检测各点电压，发现二级电路555芯片2脚没有收到负脉冲，一级电路发出的低电平没通过一级二级电路之间的二极管。经过分析知道是因为一级的滑动变阻器阻值太小打在0上，使得一级电路的暂稳态太短，再连接电容放电完成之前就已经达到稳态输出，从而使低电平无法通过电容。将各级变阻器调到最大。6.2第二次调试 接入电源给一级2脚一个瞬间低电平，发现二级电路一、二极管，闪了一下，三级二极管没有发光。交换二极管，确定没有损坏，用万用表检测各点电位发现三级电路收到上级传来的低电平。三号灯两端电压只有0.6v。而且二级电路的二极管亮度很低。分析发现是电源电压太低，无法带动整个电路，改变电源。6.3第三次调试 改接手机充电器，自制稳压电源，发现输出电压达到8v，接入电路，给二脚一个瞬间低电平发现一二三号灯顺序快速闪了一下，结果正确。说明电路设计正确，接线无误。 本方案每级电路暂稳态时间T=1.1Rx*Cx可由滑动变阻器调节，且是一个连续的值。电路成本较低，接线简洁，可适用低成本电路生产。7思考及心得体会7.1思考 本实验除了用灯来反映时间外，还可以用那些方法来反映定时时间，提出方案还可以利用扬声器进行反应可设计电路图如图10所示图10 可以根据扬声器发出声音的响度检测各级输出，如果电路工作正常，扬声器应该是的声音应该是从小到大依次响起7.2心得体会 本次课程设计从与设计到电路调试完成共经历一周多，期间可以说是尽心尽力，在做，虽然课题难度不大，但是具体操作，由于是第一次做这样的设计，经验缺乏，导致效率不高。通过这次设计性实验，有如下几点体会：1. 一件看似简单的事情，但是要真正的做好，却也不容易，这次课题，难度很低，也很熟悉，但是真正上手操作，发现很多问题。比如面包板接电路是接线的有序性，电路调试时各种问题的分析，检测以及解决方案的提出，都需要经过一个探索，尝试的过程。二这样的过程一般都是枯燥乏味的。而且还经常有些困难。所以做一件事即使很简单也要很重视。2. 实践是最好的学习过程，经过这次实验，收获很多，包括对于一些电子器件功能应用的了解，电路检测的一些方法。这些平时看来都需要苦记的东西，在实验不知不觉就加深了印象而且记的很牢固。并且应用的比以前也要灵活，所以在学习过程中，要注重对所学内容的应用。3. 团队的力量。一个小组的的能力不是简简单单各组员能力的代数和，只要工作任务分配得当，一个小组所爆发出来的力量是很大的，这次设计实验，我们小组从前期资料搜集，到各自方案设计交流，到后期调试问题讨论，都有着默契的配合。一定程度上弥补了经验不足的缺点，加快了实验的进程，加大实验带来的收获。各组员之间，既有独立的思考空间，又有着交流探讨的过程，使得个人的能力发挥到最大化，问题的解决达到最优化。8参考文献1 伍时和.数字电路技术基础:清华大学出版社2 吴友宇.模拟电路技术基础:清华大学出版社本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：顺序定时控制电路设计课程设计答辩或质疑记录：1.jk触发器组成部分计时上限怎么确定？ 当脉冲频率一定时，计数部分计时时上限由jk触发器的个数决定，T=2N*t。其中t为脉冲源的周期。2.考虑元器件成本问题应该