数显时序控制系统的应用

1、    数显时序控制系统的应用    王冲摘要:随着科学技术的不断进步,时序控制的方式也再不断提高和改善,以彩灯控制为例,在单位门廊、建筑物外廊或在节日都安装有变化的彩灯,但目前所采用的部分控制系统还存在一定的不足,主要有以下几方面:控制系统变化多于单调;无定时和显示功能;控制系统部分还采用有触点控制,易产生故障,且体积较大。关键词:电路;计数器;cp脉冲:tp368:a:1674-1145(2009)20-0104-03一、方案选择根据目前部分系统中的不足,现对以下设计方案进行论述(以彩灯控制为例)。本系统主要由数显定时电路和彩灯多变控制电路组成。数显

2、定时电路主要是对脉冲进行计时,且用led数字显示剩余时间,采用cmos集成电路十进制计数器/分配器cc4017进行计数,通过bcd七段码译码器74ls48译码输出给led显示。彩灯多变控制电路主要通过cc4040二进制计数器对cc4510计数器(加、减计数控制)和cc4066四双向开关(通、断)的控制,从而控制可控硅的通断来达到彩灯控制的目的。方案的方框图如图1所示,主要由时钟发生器、计时电路、定时时间切换电路、十进制计数电路、编码电路、驱动电路、bcd七段译码电路、显示电路、电源电路、二进制计数器、等电路组成。二、单元电路设计,参数计算和器件选择(一)时钟发生电路时钟发生电路输入由变压器副边

3、一组绕组经二极管半波整流,再经过三极管bg1,利用三极管的饱和与截止二个状态,把半波变换为矩形波输出,电容c2的作用是滤掉干扰信号,电路与输入、输出波形如图2所示。(二)计时电路该电路采用6片集成电路,十进制计数器/分配器cc4017进行计数或分频,根据不同的接法,可以把计数器接成不同的分频器,cc4017有三个输入脉冲,en为下降沿触发输入脉冲,设置两个时钟脉冲输入端,在级联时比较方便,cr为清零端,当cr为高电平时,计数器清零,cr为低电平时,计数器计数,有译码输出,根据设计要求在十进制计数器内可以任意选择,若要接成六进制,只要把q6接到cr上,这样当计数器计到6时,相应的q6变为高电平,

4、从而使cr也变为高电平,使计数器清零,从新开始计数,为避免逻辑关系混乱,在q6和cr间正向串联一个二极管,同理若要接成五进制计数器,只要把q5用二极管接到cr端,其余进制依次推理。(三)定时切换电路该电路主要由一只多段开关组成,其公共端接到十进制计数电路cp端,其从第15脚分别接到u3、u4、u5、u6、u7的q0脚,于是就得到了不同的定时时间,开关打至1挡时定时时间为10秒,2挡时为100秒,3挡为10分,4挡为100分钟,5挡为10小时。(四)十进制计数器电路该电路主要由一块十进制计数器/分配器cc4017组成,并在加电路时能自动复位,使q0q8全部为零,cp端接在定时切换电路的公共端,负

5、责对定时切换电路送来的时间脉冲信号进行计数,面复位电路由r20、c6组成,其联值为c6=0.1uf,r20=30k。(五)编码电路该电路作用是把十进制计数电路的输出q0q8译成bcd码,要求q0输出高电平时经过二极管矩阵电路编码为1001,q1=1时,编码dcba=1000,q2=1时,dcba=0111,q3=1时,dcba=0110,q4=1时,dcba=0101,q5=1时,dcba=0100,q6=1时,dcba=0011,q7=1时,dcba=0010,q8=0时,dcba=0001。(六)bcd七段译码器和led显示该电路采用ttl集成电路74ls48,bcd七段译码器,把bcd码

6、译成led显示器所需的码,要求为dcba=1001时,led显示为“9”,dcba=1000时,显示为“8”,dcba=0111时,显示为“7”,依次类推。(七)驱动电路该电路主要由三极管q9驱动继电器,当编码电路有输出信号时,即dcba0000时,q9导通继电器j得电吸合,而当输出信号为零时,dcba=0000时,q9截止,继电器不得电,电源vdd通过继电器j线圈和r4加在u2u7的cr端,使六块集成块的cr脚为高电平,从而使u2u7全部复位,即当有编码信号输出时,继电器动作,而没有编码信号输出时继电器不动作,当要进行定时时,先通过u2u7全部复位,u8开始计数,编码矩阵有信号输出,q9导通

7、,继电器j得电吸合,使各复位信号为低电平,s2放开后,u2u7开始计数,从“9”一直到“0”,最后到无输出时,q9截止,使复位信号有效,u2u7全部复位,直到再次按s2按钮,开始重新计数,d21的作用是为继电器j反向放电构成回路,起保护作用。(八)多谐振荡器振荡器采用cd4069中的两个反相器同r18、c7构成多谐振荡器,设1端为低电平,2端为则为高电平,同时通过r18向c7电容器充电,c7端电位随充电时间不断升高,使1号电位由低电平翻转为高电平,通过反相器,2端为低电平,4端为高电平,电容器c7通过r18、u11b放电,当放电一定时间,电容器两端电位下降,1号端电位则由高电平再次翻转成低电平

8、,如此循环,产生振荡脉冲,脉冲频率主要由r18和c7决定,频率=1/1.4r18c7在r18两端并联三极管q10可以改变振荡频率,当q10导通时,其等效电阻下降,振荡器频率增加。(九)彩灯控制电路分析当定时器设定好定时时间后,继电器j闭合,同时接通彩灯控制电路的脉冲输入和彩灯的电源,彩灯控制部分电路开始工作。多谐振荡器产生的cp脉冲同时加在u10(cc4040)和u12(cc4510)的输入端,其中u10为二进制计数器,其所接输出端为q8、q9、q10三端,q8为每128hz进位,q9为每256进位,q10为每512进位。1.当cp脉冲在1hz128hz时u10的输出端q8、q9、q10输出都

9、为低电平,三极管q10截止,u12(cc4510)十进制同步加/减计数器u/d端为低电平,则作减计数。u14(cc4066)双向开关输入端c为低电平,u14关断。当第一个脉冲加在u12的pc端时,q3、q2、q1、q0输出为1001,同时加在u13的输入端,u13输出端q9为高电平,其余输出端为低电平,输出端q9高电平经反相器加在u12的1号端,则u12输出为d0、d1、d2、d3,即q3、q2、q1、q0分别为0011,同时作为u13的输入,u13的输出端q3为高电平,通过d20使三极管q5瞬间导通,产生触发信号使双向可控硅q6导通,等ds4亮,待过零时自行关断。当第二个脉冲时u12输出端q

10、3、q2、q1、q0为0010,则u13的输出端q2为高电平,通过d19使q4导通,q7导通,灯ds3亮。同理,第三、四个脉冲时分别为灯ds2和ds1亮,一直循环到第128个脉冲时,一共循环32次。2.当cp脉冲在128hz256hz时u10的输出端q8为高电平,q9、q10为低电平,则u12加计数,u14双向门导通。当此间第一个脉冲输出时,u12输出端q0、q1、q2、q3分别输出为0000,并作为u13的输入信号,u13输出端q0、q1、q2、q3分别输出1000,因u14已导通,则u13的q0端高电平分别通过d13、d17使q2和q5导通,同时触发双向可控硅q9和q6,则彩灯ds1和ds

11、4亮。第二个脉冲输出时,u12输出端q0、q1、q2、q3输出1000,u13输出端q1为高电平,通过d14和d18使q2和q3导通,彩灯ds1和ds2亮。第三个脉冲输出时,u12输出端q0、q1、q2、q3输出0100,u13输出端q2输出高电平,通过d15和d19使q3和q4导通,彩灯ds2和ds3亮。第四个脉冲输出时,u12输出端q0、q1、q2、q3输出1100,u13输出端q3输出高电平,通过d16和d20使q4和q5导通,彩灯ds3和ds4亮。第五个脉冲输出时,u12输出端q0、q1、q2、q3输出0010,u13输出端q4输出高电平,通过u11e、u11f使u12的cr为高电平,

12、则u12输出端为0000,并作为u13的输入,使彩灯ds1和ds4亮。当以下脉冲以此出现时,都按照以上分析循环进行工作,两盏彩灯同时发亮并有规律变化。3.当cp脉冲在256hz512hz时在此间的前128hz时:u10的输出端q8、q10为低电平,q9为高电平,在此间的后128hz时:u10的输出端q10为低电平,q8、q9为高电平。(1)在前128hz时,因u10的q8、q10为低电平,q9为高电平,则三极管q10导通,振荡器频率增加(彩灯变化速度加快),u12作减计数,u14关断。第一个脉冲输出时,u12的q3、q2、q1、q0输出为1001,同时加在u13的输入端,u13输出端q9为高电

13、平,其余输出端为低电平,输出端q9高电平经反相器加在u12的1号端,则u12输出为d0、d1、d2、d3,即q3、q2、q1、q0分别为0011,同时作为u13的输入,u13的输出端q3为高电平,通过d20使三极管q5瞬间导通,产生触发信号使双向可控硅q6导通,等ds4亮,待过零时自行关断。当第二个脉冲时u12输出端q3、q2、q1、q0为0010,则u13的输出端q2为高电平,通过d19使q4导通,q7导通,灯ds3亮。同理,第三、四个脉冲时分别为灯ds2和ds1亮,但由于cp脉冲频率增加,则彩灯变化的速度加快(快流)。(2)在后128hz时,因q8、q9为高电平,q10为低电平,则三极管q

14、10仍然导通,cp频率加快,同时u12作加计数,u14导通。当此间第一个脉冲输出时,u12输出端q0、q1、q2、q3分别输出为0000,并作为u13的输入信号,u13输出端q0、q1、q2、q3分别输出1000,因u14已导通,则u13的q0端高电平分别通过d13、d17使q2和q5导通,同时触发双向可控硅q9和q6,则彩灯ds1和ds4亮。第二个脉冲输出时,u12输出端q0、q1、q2、q3输出1000,u13输出端q1为高电平,通过d14和d18使q2和q3导通,彩灯ds1和ds2亮。第三个脉冲输出时,u12输出端q0、q1、q2、q3输出0100,u13输出端q2输出高电平,通过d15

15、和d19使q3和q4导通,彩灯ds2和ds3亮。第四个脉冲输出时,u12输出端q0、q1、q2、q3输出1100,u13输出端q3输出高电平,通过d16和d20使q4和q5导通,彩灯ds3和ds4亮。第五个脉冲输出时,u12输出端q0、q1、q2、q3输出0010,u13输出端q4输出高电平,通过u11e、u11f使u12的cr为高电平,则u12输出端为0000,并作为u13的输入,使彩灯ds1和ds4亮。当以下脉冲以此出现时,都按照以上分析循环进行工作,两盏彩灯同时发亮并有规律变化。但变化速度加快(快流)。4.当cp脉冲在512hz1024hz时(1)第一个128hz,u10的q8、q9输出

16、低电平,q10为高电平,三极管q10截止,u12减计数,u14导通,则彩灯根据cp脉冲有规律变化:ds4、ds3 ds3、ds2 ds2、ds1 ds1、ds4 ds4、ds3(由两灯作逆向循环变化)。(2)第二个128hz,u10的q9输出低电平,q8、q10为高电平,三极管q10截止,u12加计数,u14导通,则彩灯根据cp脉冲有规律变化:ds1、ds4 ds1、ds2 ds2、ds3 ds3、ds4(由两灯作顺向循环变化)。(3)第三个128hz,u10的q8、输出低电平,q9、q10为高电平,三极管q10导通,u12减计数,u14导通,则彩灯根据cp脉冲有规律变化:ds4、ds3 ds3、ds2 ds2、ds1 ds1、ds4 ds4、ds3(由两灯逆向快速作循环变化)。(4)第四个128hz,u10的q8、q9、q10为高电平,三极管q10导通,u12加计数,u