定时控制器逻辑电路设计知识讲解

1、定时控制器逻辑电路设计精品资料定时控制器逻辑电路设计作者：XXX指导教师： XXXX XXX摘要为了能使一起在特定的时间内工作，通常需要人在场干预才能完成。本课 程设计的定时控制器，就是能使你不在时，仪器也能按时打开和关闭。例如你想用录 音机、录像机录下某一时间段的节目，而这一段时间你又有其他事要做，不在家或机 器旁边，你就可以事先预置一下定时器。在几点几分准时打开机器，到某时某刻关掉 机器。本文介绍的定时控制器由数字钟单元、定时单元和控制器单元以及继电器输出 单元等几部分组成，并详细介绍了定时控制器的设计方案、功能及在设计过程中所做的 改进。关键词数字钟电路；定时电路；控制电路；继电器电路.

2、设计任务设计一个带数字电子钟的定时控制器逻辑电路 。.设计要求1. 基本要求1.1具有电子钟功能，显示为四位数字。1.2可设定定时起动（开始）时间与定时结束（判断）时间1.3定时开始指示灯亮；定时结束，指示灯灭。2. 发挥部分定时范围可以选择，能精确到分钟三. 说明1.时间要求：6月29日至7月2日共1周2.内容：完成实际电路，总结报告。定时控制器由数字钟单元、定时单元以及控制器单元和继电器输出单元等几部分 组成。如图3.1所示为定时控制器系统框图。继电器输出<>控制器单元/0/数字钟定时时间单元设定图3.1定时控制系统框图四. 方案选择与论证1.数字中单元电路一般而言数字钟单元的

3、设计与制作可以采用数字电路来完成 ，也可以采用单片机来 完成.若采用数字电路来完成，其功能主要是依赖于数字电路的各功能模块的组合来实 现,尽管电路复杂，但电路原理及元件连接较为简单，易于以后调试、改正；而采用单片机来设计制作，由于其功能的实现主要是通过软件编程来完成，虽然降低了电路的复 杂性，但编程冗长且较难，不易完成，修改调试困难，不易于操作本电路是以简单的数字逻辑电路为基础，来实现数字钟单元。方案一：采用数字电路控制，其原理方框图如图4.1.1所示。由晶振电路经分频产生1Hz标准秒脉冲。整个计数器电路，采用 74LS系列芯片，由分计数器、时计数 器串接而成。校时电路由分频产生的 1Hz脉冲

4、输入，手动进行时和分的调整校正。再 由译码器加数码管组成译码显示部分。显示器译码器校时电路显示器译码器分频器晶振图4.1.1采用数字逻辑电路组成数字钟单元框图方案二：采用单片机控制。采用单片机10端口，及其控制功能，实现数字钟单 元的显时和调时等功能。其原理方框图如图4.1.2所示。图4.1.2采用单片机组成数字钟单元框图2.定时器定时时间的设定方案一：可用逻辑开关（四个一组），分别置入0或1,再加译码、显示电路，就可知其所设定的具体值。例如，四位开关为“ 1001”，显示器即显示数字9”。因为有 译码器与数码管的组合，才能实现定时显示，故电路较为复杂。方案二：用8421BCDS拨码开关KS系

5、列器件，拨码开关本身可显示数字，同时 输出BCD码。例如，拨码开关置成“ 6”，其8421端分别输出0110”，并有数字6”指示。 该方案中，只需两组开关（每组 4个8421BCD3拨码开关）即可实现定时即显示，电 路简单可行。由于仿真软件Multisim 10内，并无8421BCD3拨码开关，若仿真，则第二方 案不可行，选择第一方案，第一方案电路复杂，尤其是译码器与数码管的组合，电线 较为繁杂，本实验中将此部分不作为重点，定时时间设定电路单元省去译码器与数码 管的电路，读取定时时间时，直接由逻辑开关读取置入数值，人为计算获得相应定时 时间即可。读取方法，根据 8421BCD3表，将逻辑开关置

6、入的四位二进制数转化为 0 9的十进制数。如果要将此电路做成实物成品，应当首选第二种方案，选用8421码BCD码开关，性能可靠，电路简单，成本低，容易完成。3. 控制器单元控制器的任务是将计数值与设定值进行比较，若两者值相等，则输出控制脉 冲，是继电器电路接通。由于定时的时间有起始时间和终止时间，所以，为了区别这 两个不同信号，采用交叉供电或采用三态门进行控制。本电路采用交叉供电的方式，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢5精品资料简单易行，只要在继电器电路中再串入一个继电器即可，由继电器的闭合与开断，来实现交叉供电，即在定时的起始时间时，该继电器闭合，给起始时间逻辑开关供电，而 在定时

7、的终止时间起作用时，继电器断开给终止时间的逻辑开关供电。以此来区别起 始时间信号和终止时间信号。4. 继电器电路继电器的通、断，受控制器输出控制，当“开始定时”设定值到达时，继电器应该 接通。而当“定时结束”设定值到达时，继电器应断开。其定时波形如图4.4所示。继 电器的触点可接交流、直流或其他信号。3图4.4定时波形图五. 电路的功能单元设计1. 数字钟单元1.1秒脉冲发生器秒脉冲发生器是数字钟单元的核心部分，它的精度和稳定度决定数字钟的质量。 通常用晶体震荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。如晶振为32768Hz通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出。本电路由U1 CD406

8、0分频器及U2 74LS112 触发器将32768Hz的晶振进行分频，获得1Hz秒脉冲。电路图如图5.1.1所示，开关220pFC1HHR1R26-32.768kHJ10MQ仅供学习与交流，半侵权请联系网站删除220pF21OU0685O10BOD.6 O5V5O2 JGND £ -GNDrRM>1CLKVCC1K1CL1J2CL1PRE2CLK1Q2K1Q2J2Q2PRGND2Q1674LS112N'12_11E108U2_2_3_5-6C 7VCCV5VCCS1Key = Space精品资料S1处输出1Hz脉冲图5.1.1秒脉冲发生器1.2分、时计数器这一部分电路均

9、使用中规模集成电路 74LS系列实现分、时的计数。其中分为六十 进制，时为二十四进制。U3, U5,U7,U8均为74LS90十进制计数器，U4,U6均为 74LS92十二分频计数器。秒脉冲通过 U3,U4,U5和U6进行分频。其中U3和U5为 74LS90十进制计数器，以“除六”方式工作。U3,U4,U5和U6的输出方波频率分别为 1/10,1/60,1/600,1/3600Hz。 U7和U8为二十四进制，其时间显示从 00到23。其电路图如图5.1.2所示。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢15BCD36U874LS90DRGcmort-orAN1 103671I1i2pqVCC5

10、VCQQQQ4U7U7 74LS90DA B 1 21 2 DNN RR RRN22j15OOV6WAQQD74LS92DK NRG2UR1UR1 1981VQQQD5 2 9 |8 1U5AB1074LS90Dcmort-orRGU374LS90DA BNB64|12 314 1VQQQQU474LS92DA B 1 2 Dnb RRG72I6VGND图5.1.2分、时计数器电路1.3译码显示所有计数器的译码显示均采用 BCD七段译码器，显示器采用共阴或共阳数码管。U5-U8输出的BCD码被分别接到 U9-U12 U9-U12均为74LS48 BCD七段译码器电 路，由它驱动七段共阴LED数

11、码管。四个数码管给出从 00: 00到23： 59的时间显 示，而D1和D2为发光二极管显示，用来显示秒脉冲。电路图如图5.1.3 所示。GND<bvcc5VCabcdefgVoo oo oooU14C liSLSltLSCabcdefgVoooooooLED1U15ED2R33330kc ot i c C OQ 1330k Q甲700 QU16R32R23700 QU17R2 7700 QCabcdefgVoooooooU12 74LS48Dt BA B CD L RU11 74LS48D tA B C D LDNcmR./:oIRDNQDR/Lb-IRTLD8 D 10S4Bc U4

12、LAC A B C D EVoo OOCU974LS48DGoFoDNQDR/Lb-IRTL7 1 2 6 3,5 4'8图5.1.3译码显示电路1.4校正时间电路在刚刚开机接通电源时，由于时分为任意值，所以，需进行调整。置开关在手动 位置，分别对时、分进行单独计数。计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。在本电路中，开关S1用来预置时间，当它置于位置 A时，数字钟处于正常状态； 当他置于位置B时，给出1Hz的脉冲到分计数器U5;当它置于位置C时，它给出1Hz 的脉冲到小时计数器U7。2. 定时器定时时间的设定定时器控制的功能是将数字钟的时间与预置的开、关时间进行比较，并完成相应 的开关动作

13、。在定时器预置开关电路中，有两组开关一一其实定时时间开关和终止定时时间开 关。每组有四个开关（逻辑开关 J1-J8，J1-J4为其实定时时间开关，J5-J8为终止定 时时间开关开关）。根据需要设置的定时时间，由8421BC阴表，将09的十进制数转化为四位0-1二进制数，分别置入逻辑开关即可。例如定时时间为“ 09: 30”即在4个 逻辑开关相应依次输入“ 0000”，1001”，0011”，0000”。3. 控制器单元控制器的任务是将计数值与设定值进行比较。U8-U5数字中输出和定时逻辑开关输出是通过异或门74LS86（电路图中U18-U21）进行一位一位的比较，当定时开关时 间到，即所有的值

14、全相等时，在 74LS30与非门（图中U23）输出端输出一个负脉冲， 使控制触发器74LS112（图中U24）变为高电平。双下降沿JK触发器74LS112,在时钟脉冲CP的后沿（负跳变）发生翻转，它具 有置0、置1、计数和保持功能。JK触发器的状态方程如式5.3.1所示。74LS112引脚 排列如图5.3.2所示。功能如表5.3.3所示。JQn KQn公式5.3.1 JK 触发器状态方程J、K有两个或两个以上输入Q = 0、Q 1的状态定为触J和K是数据输入端，是触发器状态更新的依据，若 端时，组成 与”的关系。Q与为两个互补输出端。通常把 发器“0状态；而把Q = 1、Q 0定为“ 1状态。

15、1614丨 13| 1210丨Vcc lRo 2Rd 2CP 2K 2J 2Sn 2Q)74LSU21CP IK IJ ISd IQ IQ 2Q GND l 2| 3| 4| 5| 6| 7| S|图5.3.2 JK 触发器74LS112引脚图JK触发器一般都有异步置位、复位端，作用是预置触发器初态。当不使用时，必 须接高电平（或接到电源+5V上），不允许悬空，否则容易引入干扰信号，使触发器误 动作。输 入输出SdRdCPJKQn+1Qn+101X +表 5.3.374LS112X 功能表1010XXX0100XXX©©11J00QnQn11J101011J010111J1

16、1QnQn11TXXQnQn4. 继电器电路由控制电路作用，使控制触发器 74LS112（图中U24）变为高电平，即Q为高电平， 使得继电器RL1和RL2接通，定时器开始定时。RL1的接通，使得+5V从加入“起始定 时开关”而转加到“终止定时时间开关”上。由于控制触发器74LS112（图中U24）中 Q=1 （Q=o），使定时器的“定时开始指示灯”亮。当时间运行到“终止时间”设定值时，74LS30与非门（图中U23）输出端又一次输出 一个负脉冲，使得控制触发器 74LS112（图中U24）翻转，即Q=0 U24的低电平使T1和T2关断，RL1继电器释放，又回到定时前的工作状态。同时 Q=0又使

17、“定时结束指示灯”继电器RL1输出端，一端接起始定时时间逻辑开关，另一段接终止定时时间逻辑 开关，由此来实现交叉供电，即在定时的起始时间时，该继电器闭合，给起始时间逻 辑开关供电，而在定时的终止时间起作用时，继电器断开给终止时间的逻辑开关供 电。RL2用于外接所需控制的仪器。按下S3，可以去掉预先存在的“定时”设定。继电器部分电路如图5.4所示。图5.4继电气部分电路六、收获体会和改进意见课程设计终于完成，在这个过程中我遇到了很多困难，知识的缺乏，对画图和仿 真软件的不熟悉等等，这其中得到了指导老师的很多帮助，同时也给我提供了一些建 议和意见。这个课题用到了数字电路方面的知识，通过这次课程设计

18、，使我对TTL7 4系列、CMO系列元器件以及其他集成电路有了一定的了解，平时课上的学习并不能很好的理 解和运用各个元件的功能，所以通过这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功 能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。刚拿到课程设计的题目，起初不知该从何下手，经过老师指导设计和对材料的讲解，再到图书馆和网上查找大量资料， 才慢慢了解课程设计。在资料和电脑前思考的过程是苦涩的，在图书馆中查找资料的 过程是也是艰辛的，但当课程设计完成时，那感觉是舒服的，才真正理解到没有付出 就不会有回报的真正含义，一份耕耘一份收获，有付出才会有回报，这个过程中我也 学会了怎样去更有效地学习，怎样和他人探讨，

19、学会了怎样快速高效的搜集自己所需 的资料。其次，通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。而且， 知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这 次课程设计必将成为我学习生涯上一个非常美好的回忆！只有理论知识是远远不够 的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从而提高自己的实际动手能力和独立 思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的， 难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前 所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们应该把定时控制器这一项技术 学的更透彻一些，能实际的应用到每一个

20、生活角落，不仅仅是这一项，实际生活中有 很多对定时器的应用。我对相关知识还有待提高，自身的不足对生活中的应用有很大 的阻碍，我要加紧对自身的提高进行学习，努力做到在对专业知识的掌握和熟练运 用。以后我会主动参加一些实践活动，进一步增强自己的动手能力。这次课程设计我 懂得要具备严谨，大胆，勇于创新的精神。我从中获益匪浅，学到了小心谨慎，实事 求是的态度，也得到了老师和同学的大力帮助和支持，对大家表示由衷的感谢。本电路是以简单的数字逻辑电路为基础，来实现定时控制功能。其功能主要是依 赖于数字电路的各功能模块的组合来实现，性能可靠，操作简单，成本低等特点。但 也有不足，比如由数字电路来实现数字钟单元

21、，电路较复杂，电线容易搭接错误，不 好修改，以后应多尝试用单片机编程来实现，以此来总体简化电路。参考文献1 李维.数字电路课程设计及实验M.大连理工大学出版社，2008.2 刘午平，刘建清.数字电子技术从入门到精通M.国防工业出版社，2006.3 余孟尝，清华大学电子学教研组.数字电子技术基础简明教程M.高等教育出版社，2006.4 童诗白，华成英，清华大学电子学教研组.模拟电子技术基础M.高等教育出版社，2006.5 孟涛.电工电子EDA实践教程M.机械工业出版社，2009.附录A1：硬件总图，软件仿真图LED定时结束121VCCVCC1220p|iC1HFX1R26-32.768kffZ"C2，-p Hk 220pFVDDR36R3510Q2 2N2R2 R2212R2N412047k2$D2VV1 X2128129132 12 VRL21mHRL15V12 V130122期R3开始1mHVCC123GNDnU15S3U14U16U173374LS112DIABC D E F G000 00 007 1GNDU13VCC