模拟定时器工作原理

1、1. 概述本文较为详细全面的阐述了模拟定时器的电路构成、工作原理、工作分析以及应用调试，它适宜具有一定专业基础的电子爱好者、工作者、初/中级研发人员、中高级技术工人的培训，电子技术应用专业教师的辅助实训范例。它较深刻地体现了理论与实践的结合与相互印证，使人深切感悟电子技术理论的实践性、可行性和实用性，并能有切身的体会与心得；使人无论从理论上还是实践上得到了一定的升华，尤其是对从事底层基础的电子技术人员尤为需要。本电路可以人工预先设定，完成实现在规定时间内产生“时间到”的定时信号，达到“告知”提醒、报警的目的，它还可以作为有关定时操作的执行指令，如家用电器的定时或限制供电以及日常生活的定时提示等

2、。特点1、本装置的时间系统完全采用模拟电子技术作为核心，它的精度稍低于用晶振为时钟源经大量的数字分频获得的数字时钟，但其成本大大降低；2、相对于数字时钟，它具有电路简单、成本低、制作方便易行、使用价值高以及技术含量高的特点，可以使参与者获得真知感悟。3、调试操作简单、工作可靠稳定、重复性好。性能参数 由四个（K1、K2、K3和K4）乒乓二掷（位）钮子开关，完成116分钟时间设定，定时精度±1%。电路组成 由有源线性反相积分放大器、电压比较器声光闪烁告警及其控制电路等组成，如图1所示：2. 方案分析设计部分通过lm374输入脉冲信号，在通过74LS00对电路实行倒计数。电路开始运行时，

3、只正常显示，通过四个开关，对电路进行控制，然后开始计时，判断时间时间是否完成，没有则继续显示、否则，发出警报。运行状态用二个LED灯表示，绿LED亮表示计时，红LED闪亮表示结束。报警电路采用蜂鸣器，时间为0时，蜂鸣器响。用数码管表示计时时间，计时方式对过程作时间显示。在时间是由用户拔动开关进行设置，并设置复位键，显示过程可对时间进行复位，其原理框图如图1所示：秒脉冲发生器报警电路led2显示循环电路总控制led1显示一百进制分减计数器六十进制秒减计数器 图1 总电路的原理框图3. 电路设计 1.秒脉冲发生器 秒脉冲发生器可以由一个集成的lm324构成，当电源接通后，VCC通过对R4、R5向电

4、容充电。电容上得到电压按指数规律上升，当电容上的电压上身到2/3VCC时，输电压VO为零，电容放电。当电压下降到1/3VCC时，输出电平为高电平，电容放电结束。这样周而复始便形成了振荡。我们要的周期是1秒，频率是1赫兹。周期T可以由下面的公式可知：T(R4+2R5)C2ln2 其中R4=R5=48K,C1=0.01F,C2=10F，把数据带入T=(R4+2R5)C2ln2，得T=1s，即周期为一秒，输出1HZ的信号，电路如图2所示：输出端接秒计数的DOWN端 图2 秒脉冲发生器的电路图 2. 一百进制分计数器和六十秒计数器的设计一百进制分计数器和六十秒计数器的原理是一样的，不同的只是它们的输入

5、脉冲和进制不同而已，我们用四片74LS00来实现分计数和秒计数功能，其中74LS00的功能表如图3所示。我们要的只是减计数，所以我们把它的UP端接到高电平上去,DOWN端接到秒脉冲上；秒十位上的输入端B、C端接到高电平上，即从输入端置入0110（十进制的6），秒十位的LD端和借位端BO联在一起，再把秒个位的BO端和秒十位的DOWN联在一起。当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的192开始从9减到0；这时，它的借位端BO 会发出一个低电平到秒十位的输入端DOWN，秒十位的计数从6变到5，一直到变为0；当高低位全为零的时候，秒十位的BO发出一个低电平信号，DOWN为零时，置数端LD等于零，秒

6、十位完成并行置数，下一个DOWN脉冲来到时，计数器进入下一个循环减计数工作中。对于分计数来说，道理也是一样的；只是要求，当秒计数完成了，分可以自动减少，需要把秒十位的借位端BO端接到分计数的DOWN端作为分计数的输入信号来实现秒从分计数上的借位。我们可以利用分计数的UP端来进行外部置数，当把它们各接到一个低触发（平时保持高电平，外部给一个力就输入一个低电平）的脉冲上 就可以实现从09的数字输入，电路如图4所示。图3 74LS00的功能表图4 分秒计数器的电路图 3. 状态显示电路用2个LED模拟状态:LED1点亮表示正常显示，LED2点亮表示计时结束，显然可以利用移位寄存器来设计，本次设计用移

7、 位寄存器仿真而转换了思路，选择了利用计时，结束2种不同状态分别为 01、10，以 1 表示工作以 0 表示结束从而分次序的完成设计。 首先，考虑到 LED 的连续循点亮，可以想到控制 LED 一端电平的连续工作达到要求，又由于有2个LED,我们采用 4 进制计数器即可产生循环变化的 4 个数，这样 我们可以利用译码器从而在 4 个输出接在秒个位计数器的CLR端端得到依次变化的低电平，如此，我们可以将 LED 另一端接高电平，从而实现循环点亮。其次，考虑到存在计时和结束两种不同状态，我们 需要改变译码器输入端的数字变化次序，如此分析四个数字变化规律，以及利用正反转表 示状态的不同来设计出合适门

8、电路。在此次设计中，我们采用 74ls00 构成一个 4 进制 减数计数器，同时利用计时停指示器在计时电平为0，结束时电平为 1 来构成合适门电路。 于是我们可以发现我们可以利用异或门电路来完成这一构想，从而实现计时、结束两种状态下 LED 不同的状态。简略列出真值表如下表1，电路如图5所示。表1 真值表指示器计数器输出译码器输入端0（计时）11110（计时）10100（计时）01010（计时）00001（结束）11001（结束）10011（结束）01101（结束）0011图5 状态显示电路图接在秒十位计数器的DOWN端4. 报警电路当数码管显示的时间变为“零”的时候，报警电路会驱动蜂鸣器发出

9、声音报警。当 计数器进行减计数到零后，74LS00 芯片的四个输出端都为低电平，于是我们采用四输入与非门将低电平转化为高电平。如图6所示。图6 报警电路图连在四输入与非门上4. 性能测试1. 秒脉冲发生器电路的测试连入示波器观察波形如图7所示，记录数据如表2所示。图7 脉冲信号波形图表2 脉冲发生电路测试数据表R4（）R5（）C1（F）C2（F）频率（HZ）周期（ms）5907000.011067.2714.865 2. 分秒计数器电路的测试按下对应的开关，观察一百进制分计数器上的读数是否变化，如图8所示。图8 分秒计数器电路的测试图3. 状态显示电路的测试 连通电源，按下开始开关，观察LED

10、灯的变化，如图9所示。 图9 状态显示电路的测试图4. 报警电路的测试 当显示器显示为“零”时，听蜂鸣器是否发出响声。5. 结论 观察到示波器上有波形，产生脉冲信号，脉冲发生电路可行；按下置数开关，分数计数器始终保持十进制进位，分秒计数器电路可行；连通电源，按下开始开关，分秒计数器开始计数，LED灯点亮，状态显示电路可行；显示器为“零”时，蜂鸣器发出响声，报警电路可行。定时器原理部分工作原理及过程（一）运算放大器的原理核心如图2所示，运算放大器内由多级串接而成，有极大的开环放大倍数（Au105），使得在有限较低电源电压下，“+”端（同相端）与“”端（反相端）的电位近似相同，这种特点称为虚短（虚

11、短是指电位相同，但在物理实质上二者并未连接（短），当“+”端接地时，因为为0（地）电位，又称“”端为“虚地点”。另外由于运放的“+”、“”输入电流极小，体现很大的输入电阻，近似开路，又称为“虚断”。由于运放具有虚短、虚断的两个显著特点，具有了优异的应用前景，如各种线性放大、非线性变换等，本例就是运放的线性运算应用的范例。图2 运算放大器（二）线性积分放大如图3所示，由于运放的虚短，“”端为0（地）电位（Rp接地），输入电流，为一恒定常数；由于运放的虚断，“”端输入电流I入=0，根据基尔霍夫第一定律（电容充电电流），显然充电电流恒定不变，即恒流充电，使得充电电压输出Vo由0V线性匀速增长；本例中

12、 Ui用负电压（-1V）的意义在于运放单（正）电源供电，只能输出正向电压，因是反相放大，故Ui为负压，否则Ui为正压时，Uo=0V。图3 线性积分（三）电压比较器如图4所示，UP为偏置设定电压，是比较器的阀值电压，当积分输出时，比较器输出，当，（电源电压）。显然这是一个典型的非线性应用（四）告警讯响振荡、门控电路（见总电路图）由四个二输入与非门（74LS00）及蜂鸣器（FMQ）、发光管（LED2）组成，U3A、U3B组成2HZ的脉冲振荡，输出高低交替电平（振荡过程讲课详述），U3C为门控电路，它接受比较器输出状态控制，当定时开始，U3C-9管脚为L电平，输出U3C-8脚为H电平，经U3D反相后

13、，输出U3D-11管脚为0电平，FMQ、LED2无供电，不鸣响闪烁。当“定时到”时，U3C-9管脚为H电平，其输出U3C-8脚随U3C-10脚输入的方波反相输出，这样FMQ、LED2就有2HZ的交替供电，并发出鸣响闪烁。、图4 电压比较器（五）时间设定如上分析，定时时间由下式确定：可以看出，设定时间有四个可调因子（），四个因子不同可排列组合出许多时间，在本例中有16种时间，例如当，且时，则设定时间为（六）线性积分电路：由构成，完成输入电压形成，由切换，开关为放电开关，启动（开始）时，通后，电荷放光，并开始积分，此时LED1因输出为0V，使之点亮，表示计时开始。（七）电压比较器：由完成，实现两个

14、值，通过切换。（八）U3A、U3B产生2HZ的方波振荡作为告警讯响源的激励，调节W3可改变振荡频率。U3C为门控电路的控制门，实现状态控制，开启时LED1亮、LED2灭， “时间到”时二者反态。（四）+5V电源U1为三端稳压器，输入+12V，输出为+5V（7805），C1为供电退耦电容。（九）电路工作1、开启电源，按下启动开关S1（C2残余电荷放光、净化），此时LED1亮、LED2灭，FMQ不响。2、设定每个开关均有两个倍率稳态（），设定总时间，单位为1分钟（60秒），如时，时间为1分钟；时，时间为16分钟。（十）验证1、调W1，使R3对地电压为-1V，R4上电压为-0.5V;2、调W2，使R

15、7对地电压为2V，R4上电压为1V;3、调W3可改变讯响间歇频率，告警声音平柔悦耳；4、定时时间检验 信息排列K1K4状态，看是否计时等于设定时间。5、重复性验证：作N次上述时间检验，观察重复性、稳定性。;定时器原理图定时器PCB图定时器元器件清单定时器印刷板图定时器控制板图产品焊接及调试a 焊接方式机器焊接贴片机： 在机器设计好程序，所有焊接由机器完成，快捷、高效；直接： 一般是半人工的，由人工把元件插好，由机器完成焊接；产品调试和焊接是一起的，批量产品时一般由专业的焊接厂完成，再由技术调试人员进行产品调试，也有的是先由技术人员手工焊接调试成功后再送专业厂批量焊接。手工焊接手工焊接适合于产品

16、试制、电子产品的小批量生产、电子产品的调试与维修以及某些不适合自动焊接的场合。该方式对焊接工具要求简单，焊接步骤简单，容易掌握，主要适合电子元件管脚不多的情况。方案二、浸焊浸焊的特点：操作简单，无漏焊现象，生产效率高；但容易造成虚焊等缺陷，需要补焊修正焊点；焊槽温度掌握不当时，会导致印制板起翘、变形，元器件损坏。 该方案对焊接工具要求较高，对于学生学习来说不经济。方案三、波峰焊接波峰焊的特点：生产效率高，最适应单面印制电路板的大批量地焊接；焊接的温度、时间、焊料及焊剂等的用量，均能得到较完善的控制。但波峰焊容易造成焊点桥接的现象，需要补焊修正。该方案对焊接工具要求较高，对于学生学习来说不经济。

17、方案四、再流焊（回流焊） 该技术主要用于贴片元器件的焊接上。被焊接的元器件受到的热冲击小，不会因过热造成元器件的损坏；无桥接缺陷，焊点的质量较高。该方案对焊接工具要求较高，对于学生学习来说不经济，焊接技术也不是很快能掌握的。方案五、接触焊接(无锡焊接)b 产品焊接调试调试前准备工作：产品及工具、元器件相关材料领取；工作台清理及防静电设施（地板、桌布、工作服、手套等）检查是否完好，具备防护功能；是否是高压（38V以上）地线、防雷设施、漏电、触电防护设施、禁止500M范围内不能有油库及易燃物堆放和生产作业；消防器材及楼宇火情探测装置、消防栓、灭火器等防火设施是否能正常工作。工具及元件、材料根据产品

18、需要：一般有示波器、信号发生器、万用表、焊台、焊丝、焊油、放大镜、台灯、引线（细电缆线）成套螺丝刀、钳子、镊子等，领取产品所需要的元件、直流电源及相关辅助材料，包括产品的原理图、pcb板印刷图、元件清单、产品设计时的技术指标参数文档等。、开始调试工作：穿上防静电工作服、带上防静电手套，特殊产品需要无尘车间，将工作台上的元件及工具摆放整齐，在工作前一般建议手摸一下接触大地的金属物体，这样做的目的是把人体及衣物上的静电放掉，防止击穿集成电路芯片及产生静电火花。这一点在北方的冬天尤其重要，因为北方冬天干冷，易产生静电。带静电很容易击穿集成电路芯片。单个产品焊接调试还是批量焊好的产品调试：焊接应遵循由

19、小到大、由低到高、由上到下、由左到右的顺序。对于色环电阻应该将有效数字的第一环放在左边（上边）误差环放在右边（下边）。对于电容应该先安装瓷片电容，后安装电解电容，安装电容应该先安装小体积的电容后安装体积较大的电容。对于其他元件没有什么先后顺序，但是三极管应该最后安装，因为三极管的焊接温度不能太高，过高的温度会使三极管烧坏，一般是尽量使三极管的管脚留长一些，这样可以使三极管被烧坏的可能性减小。对于集成电路焊接时间不宜超过3秒。单个产品焊接调试首先检查产品的印刷焊接板是否完好、锡盘大小、孔径是否均匀，无连盘、粘盘、堵盘、脱盘，印刷板上的信号线（板上的印刷线）是否有粘连、断裂、脱落等。检查完毕后，检

20、查文档的原理图与pcb板图是否一致，接着再与成型的印刷的产品板子图是否一致，再接着检查元件清单与元件数量、型号、相关参数是否一致，包括元件本身的好坏，阻抗、参数是否正确有。准备工作每一步都要细心、做实，否则会给调试工作带来不必要的麻烦，甚至会出现人为的事故。所以准备工作做细的会给调试工作节省大量的时间。开始焊接，烙铁一般根据需要选择200-300W的比较合适。可调焊台建议调在300左右，不要太高或太低，太高易对电路板及元件造成损害，太低容易出现虚焊或堆锡，特注在焊接时一定不要出现虚。 焊接工作台应保持空气流通，但不要直对风口（比如夏天的风扇直吹或空调通风口中直吹）这样影响烙铁或焊台的温度，造成

21、电力浪费。通风主要是能带走因焊接产生的烟雾及氧化气体，以保证调试技术人员的健康和头脑清醒。焊接先后顺序原则：1)先焊小的（特注不能挡住其它元件的焊接）；2)焊低的；3)直插的，有插座的焊插座；4)焊集成电路芯片；5)焊外围接插件；6)所有焊完毕，检查是否有漏焊、虚焊的重新补焊；7)直插的用尖嘴钳，剪去元件的长脚，不要平焊盘剪，留有二亳米的距离，剪的端脚要平整，不要斜剪，这样会产生尖脚，在装配时易划伤工作人员的手或其他物体的表面。8)清洁（或清洗焊接后电路板，清洗需要专业的设备，切记不可直接水洗），因为在焊接过程中会产生一些金属碎屑在电路板上，造成短路。通电时烧毁电路板或元件，也有可能影响信号或

22、产生干扰、噪声等。焊接完成，开始试电。开机调试：产品加电前准备：检查产品的供电方式直流，交流；额定功率、电压及空、负载等；一定要按产品要求供电，否则会烧毁产品，使前功尽弃，甚至会引起火灾；加电前保证市电的漏电保护装本在正常工作状态。电源插座周围没有易燃物。供电插座一定要有断电开关，防止产品因短路或异常能瞬即切断电源。产品调试加电后产品正常：如果产品加电后正常工作，接着参照设计时的功能要求、及技术参数指标一一测试，需要有基准校正，也要进行基准鹇正进行测试，看是否能达到设计时的技术指标。如完全达到设计时的，将此产品作为样品，进行批量的元件选型及批量生产。如果加电后不工作或不能正常工作的：首先检查电

23、源是否正常接入，检查插座及接插件是否接牢固，接着逐步检查：1)检查电源将万用表调到电压档，根据电压量程调到相对庆的档位上，一般直接在20V档位上，交流一般在交流700V档位上；万用表的黑表笔接在电路板的地上，红表笔放在电源正极上，2)信号检查如果电源已经正常加入，根据原理图逐极分析、调试，先查整流放大部分，再查集成电路的外围电路，芯片的引脚电压、信号是否正常。电阻的阻匹配、电容的充放电、虑波等，必要时用示波器，看波形，信号，看有无干扰等3)逐极检查将支路去掉，看当前是否正常。一步一步往下查。4)元件代换怀疑相关元件，将换下，一步一步检查。如果全部检查后，仍不能正常工作，分析原理图，看是否存在设

24、计缺陷。直至正常为止，送工厂批量生产。批量调试：焊接好的产品进行批量调试，准备工作及调过程参见单件调试，调试好的产品进行分开存放，送到下一下工序进老化实验；性能测试：经过调试后能到声音，在没有声音输入的情况下，应该无噪音。性能分析：该30W功放，在有声音输入的情况下，声音不失真，说明TDA7279功放块及其他外围元件完好；在没有声音输入的情况下，产品无任何噪音，说明电源效果好6)产品老化特殊环境实验测试；产品老化，一般有小型老化及特殊环境的设备进行，也有送到专业的厂家做老化及特殊环境进行实验测试，小型老化环境设备一般是高温、高湿、低温的环境，将产品放入，进行实验，看是事能正常工作。在+70 2

25、0度，湿度在60%的以上环境中进行24小时，48小时，一周，15天，30天，90天等，不同的产品的老化测也不同，根据具体产品要求进行相应的老实化实验测试。7)产品组装测试；装配工具要求电子产品整机装配是按照设计要求，将各种元器件、零部件、整件装接到规定的位置上，组成具有一定功能的电子产品的过程。电子产品装配包括机械装配和电气装配两大部分。MF-47型万用表的电气装配已经在前面有说明。本装配工艺文件主要提供机械装配的工艺要求。一. 装配的工具与仪器仪表螺丝刀、尖嘴钳、电烙铁、烙铁架、套筒或帮手二. 装配的方法与步骤电子产品装配是生产过程中一个极其重要的环节。装配前的准备（1）清点好装配的各材料。

26、（2）螺装工具的选择1应注意螺刀头的大小形状必须与螺丝的槽口相匹配；2应尽量创造条件采用气动限力螺刀，可保证装配质量；3紧固螺母时，必须选用与螺母规格相匹配的套筒或扳手，禁止使用尖头钳、平口钳作为紧固工具。(3) 螺装前准备应根据安装螺钉的规格校准扭距，扭距大小可参照下表规定：自攻螺钉机制螺钉有弹垫无弹垫ST 3×604 NmM25035 NmST 3×8055 NmM306 Nm05 Nm（4）螺装步骤及要求1应首先按工艺文件的要求对安装件进行检查，应无损伤、变形，尤其是面板、外壳表面应无明显的划伤、破损、沾污等不良现象，经检查合格后方可开始操作。2安装时，螺刀头必须紧紧

27、顶住槽口，螺刀与螺钉保持在同一轴线上，拧紧时不得损伤槽口，以免出现毛刺、变形等不良现象。3.总装(1) 腊封线圈调试完成后将适量泡沫塑料填入线圈L4(注意不要改变线圈形状及匝距)，滴入适量腊使线圈固定。(2) 固定SMB装外壳工具如下表所示工序号工序名称线材加工工艺卡产品型号30W功放部件图号0101导线加工产品名称普通装配导线加工部件名称电源线工 装 内 容序号工装元器件（零部件）名称、参数数量印制线路板相应代号说 明1电源线的加工处理。1.单股导线：1P*20±1mm2工 艺 要 求附图：图1 多股导线捻头角度 图2 锡锅浸锡1按规定要求确定相应导线长度后，拨线、捻线、侵锡。2拨

28、线长度：10±2mm。3导线长度：规定值范围。4捻线紧度：45º±5º。5侵锡量：均匀，距胶皮2±1mm。工 装 设 备1剪线钳：1把2拨线钳：1把3电烙铁：1台4烙铁架：1个设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期产品组装测试前准备工作：产品及工具相关材料领取；工作台清理及防静电设施（地板、桌布、工作服、手套等）检查是否完好，具备防护功能；是否是高压（38V以上）地线、防雷设施、漏电、触电防护设施、禁止500M范围内不能有油库及易燃物堆放和生产作业；消防器材及楼宇火情探测装置、消防栓、灭火器等防火设施是否能正常工作。工具及材料根据产品需要：台灯、引线（细电缆线）成套螺丝刀、钳子、镊子等，领取产品所需外壳、直流电源及相关辅助材料，包括产品的组装接线图，产品设计时的技术指标参数文档等。、开始组装工作：穿上防静电工作服、带上防静电手套，特殊产品需要无尘车间，将工作