可预置定时电路

1、目 录第一部分 设计任务与要求-1第二部分 总体框图-1第三部分 选择器件-23.1 十进制可逆计数器74LS192 -33.2国产双极型定时器CB555-43.3三极管非门74LS04-73.4二十进制优先编码器74LS147-83.5 74LS00四2输入与非门-103.6.基本RS 触发器:-113.7数码显示译码器-133.8 74LS47译码器-153 9 74ls10三输入与非门-16第四部分 功能模块-174.1秒脉冲发生-174.2辅助控制电路-194 3预置、计数、显示电路-21第五部分 总体设计电路图-23第六部分 心得体会-23可预置定时电路一、 设计任务与要求（1） 设

2、计一个可灵活预置时间的计时电路，要求具有时间显示功能，能准确的预置和清零。（2） 设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂时|连续计时。（3） 要求计时电路递减计时时，每隔一秒，计时器减一。（4） 当计时器递减时间到零（即定时时间到）时，显示器上显示00，同时发出光电报警信号。二、 总体框图启动控制秒脉冲发生器控制电路译码显示计数器预置输入电路报警 图1定时器由启动电路、秒脉冲发生器、预置输入电路、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路共7部分组成。其中译码电路和控制电路是系统的主要部分。计数器完成计时功能，而控制器完成计数器的直接清零、启动计数、暂时功能。通过设置开关或按键电路可以

3、对定时时间进行预置，这部分需要编码器。通过编码后，送到计数器预置端作为计数的时间。根据题目要求这部分应采用减计数。在计数同时，还需要对所计时间进行显示，所以需要译码显示电路，显示器用LED。 对于本模块的器件选用，计数器选用74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加|减计数器，它采用8421码二十进制编码，并具有直接清零、置数、加|减计数功能。报警电路在实验中可以用发光二极管来代替三、选择器件型 号 名 称 数 目 74LS192 十进制可逆计数器 2CB555 国产双极型定时器 174LS04三极管非门 274LS147二十进制优先编码器 274LS00 2输入与非门

4、 1 74LS10 3输入与非门 1 LED七段数码显示管 2 74LS47译码管 2表11、十进制可逆计数器74LS192 74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：图2 74LS192的引脚排列及逻辑符号（a）引脚排列 (b) 逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下：         &#

5、160;    输入     输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 × × ×××××0000 0 0 × ×dcbadcba 0 1  1××××    加计数 0 1 1 ××&

6、#215;×    减计数表2 74LS192的功能表2、国产双极型定时器CB555国产双极型定时器CB555电路结构图。它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。其结构框图如图2所示：图3 结构框图 图中的数码18为器件引脚的编号。 图4 555定时器逻辑符号（A）.模拟功能部件 电阻分压器、 V cc 经 3 个 5 k 电阻分压后提供基准电压：（B ）. 基本功能当时，输出电压为低电平，VT饱和导通。当时，时，时，C

7、1输出低电平，C2输出高电平，Q0，饱和导通。当、时，C1、C2输出均为高电平，基本RS触发器保持原来状态不变，因此、VT也保持原来状态不变。当、时，C1输出高电平，C2输出低电平，Q1，VT截止。表3 555 定时器的功能表 3、三极管非门74LS04仔细观察一下图中给出的三极管开关电路即 可发现，当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。因此输出与输入的电平之间是反向关系，它实际上就是一个非门。（亦称反向器）。当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在深度饱和状态，以使输出电平接近于零。为此，电路参数的配合必须合适，保证提供给三极的基极电流大于 深度饱和的基极电流。 设

8、计电路所用的芯片是74LS04，如下图所示： 图 5 74LS04的内部结构图 图6 三极管非门74LS04的逻辑框图 表4 非门功能表逻辑符号 逻辑函数式Y= A4、二十进制优先编码器74LS147 在常用的优先编码器电路中，除了二进制编码器之外，还有一类叫做二十进制优先编码器。 它用一组四位二进制代码来表示一位十进制数字。由于四位二进制代码有十六种不同的排列，所以从十六种组合中，可以取十种来表示09十个数字。他能将 10个输入信号分别编成10个BCD码。在 10个输入信号中的优先权最高，的优先权最低。图6 是二十进制优先编码器74LS147的逻辑符号。我们以为例分析其优先编码的实现方法。当

9、为低电平（有效信号）时，则A点为高电平。由逻辑代数基本公式9知，输入信号被A高电平封锁。由于A点为高电平，则B点为低电平。由逻辑代数基本公式9知，输入信号被B点低电平封锁，只有被编码。可类似分析为高电平（无效信号）时，其余输入的优先级。图7 二十进制优先编码器74LS147的逻辑框图图8 二十进制优先编码器74LS147的逻辑符号图9 74LS147的内部原理图如图 由表 （2） 可知编码器的输出是反码形式的BCD码。优先权以最高，为最低。二十进制优先编码器74LS147的功能表如下表所示输入输出I1I2I3I4I5I6I7I8I9 Y3Y2Y1Y01XX XX XXXX01XXXXXXX01

10、1XXXXXX0111XXXXX01111XXXX0 11111XXX0111111XX01111111X0111111110111111111001111111111000011111100110011010101010表5 二十进制优先编码器74LS147的功能5、74LS00四2输入与非门74LS00是四2输入与非门，其逻辑功能表如下：与非门逻辑功能表：输入输出ABY001011101110表674LS00的内部结构原理图如下：图10与非门逻辑符号如下 图1174LS00管脚图如下： 图126、基本RS 触发器: 电路结构 把两个与非门G1、G2的输入、输出端交叉连接，即可构成基本RS触

11、发器，其逻辑电路如图12(a)所示。它有两个输入端R、S和两个输出端Q、Q。 图13工作原理 基本RS触发器的逻辑方程为： 根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系: 1）.当R=1、S=0时，则Q=0,Q=1,触发器置1。2）.当R=0、S=1时，则Q=1,Q=0,触发器置0。 如上所述，当触发器的两个输入端加入不同逻辑电平时，它的两个输出端Q和Q有两种互补的稳定状态。一般规定触发器Q端的状态作为触发器的状态。通常称触发器处于某种状态，实际是指它的Q端的状态。Q=1、Q=0时，称触发器处于1态，反之触发器处于0态。S=0,R=1使触发器置1，或称置位。因置位的决定条件是S=0,故称S 端

12、为置1端。R=0,S=1时，使触发器置0，或称复位。 同理，称R端为置0端或复位端。若触发器原来为1态，欲使之变为0态，必须令R端的电平由1变0，S端的电平由0变1。这里所加的输入信号（低电平）称为触发信号，由它们导致的转换过程称为翻转。由于这里的触发信号是电平,因此这种触发器称为电平控制触发器。从功能方面看，它只能在S和R的作用下置0和置1，所以又称为置0置1触发器，或称为置位复位触发器。其逻辑符号如图7.2.1(b)所示。由于置0或置1都是触发信号低电平有效，因此，S端和R端都画有小圆圈。 3）.当R=S=1时，触发器状态保持不变。 触发器保持状态时，输入端都加非有效电平（高电平），需要触

13、发翻转时，要求在某一输入端加一负脉冲，例如在S端加负脉冲使触发器置1，该脉冲信号回到高电平后，触发器仍维持1状态不变，相当于把S端某一时刻的电平信号存储起来，这体现了触发器具有记忆功能。 4）.当R=S=0时，触发器状态不确定 在此条件下，两个与非门的输出端Q和Q全为1，在两个输入信号都同时撤去（回到1）后，由于两个与非门的延迟时间无法确定，触发器的状态不能确定是1还是0,因此称这种情况为不定状态，这种情况应当避免。从另外一个角度来说，正因为R端和S端完成置0、置1都是低电平有效，所以二者不能同时为0综上所述，对同步RS触发器归纳为以下几点： 1.同步RS触发器具有置位、复位和保持（记忆）功能

14、； 2）.同步RS触发器的触发信号是高电平有效，属于电平触发方式； 3）.同步RS触发器存在约束条件，即当R=S=1时将导致下一状态的不确定； 4）.触发器的触发翻转被控制在一个时间间隔内，在此间隔以外的时间内，其状态保持不变。7、数码显示译码器数码显示译码器：将数字、文字、符号的代码译成数字、文字、符号的电路。LED数码管是目前最常用的数字显示器，一个LED数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为22.5V，每个发光二极管的点亮电流在510mA。LED数码管要显示B

15、CD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力其中A、B、C、D BCD码输入端a、b、c、d、e、f、g 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED 数码管。测试输入端， “0”时，译码输出全为“1”；消隐输入端， “0”时，译码输出全为“0”。LE      锁定端，LE“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE0时的数值，LE0为正常译码。表3.4.2为CC4511功能表。CC4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功

16、能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。七段发光二极管数码管：图13（a）(b)为共阴管电路和共阴数码管引出脚功能图。 图14（a） 图14 (b)表7 七段字型译码器的真值表ag段的最简式为：a bc d e f8、74LS47译码器译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表2列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。 表7 <74LS47功能表> 输 入 输 出 显示数字符号 LT() RB

17、I(-) A3 A2 A1 A0 BI()/RBO() a() b() c() d() e() f() g() 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 X 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 2 1 X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 1 X 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 4 1 X 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 5 1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 6 1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 X

18、1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8 1 X 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 9 X X X X X X 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭 0 X X X X X 1 0 0 0 0 0 0 0 8 (1)LT()：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT()=0时，无论输入A3 ，A2 ，A1 ，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。 (2)BI()：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。BI()=0时。不论LT()和输入A3 ，A2 ，A

19、1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。 (3)RBI(-)：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A3= A2 =A1 =A0=0时，本应显示0，但是在RBI(-)=0作用下，使译码器输出全1。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。 (4)RBO()：灭零输出，它和灭灯输入BI()共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。图15 管脚图及逻辑符号9、74ls10 三输入与非门 图16 74ls10管脚图Vcc 1C 1Y 3C 3B 3A 3Y _ 14 13 12 11 10 9 8 Y = ABC ） 3输入三正与非门 74L

20、S10 1 2 3 4 5 6 7 1A 1B 2A 2B 2C 2Y GND图17 74ls10引脚图图18 74ls10逻辑符号 表8 74ls10真值表四、功能模块1）秒脉冲发生器 脉冲源是数字计时器的心脏，它能自动不停地产生脉冲信号，以供计时之用，它的稳定和准确对计时器起着至关重要的作用。我们曾学过一些自激式的振荡器，如：自激多谐振荡器，自激间歇振荡器等。但为了脉冲源的稳定度，准确度，常用石英晶体振荡器。一般情况下晶振荡频率愈高，准确度愈高，但所用分频级数愈多，耗电量愈大，成本也就愈高。在选择晶振器时，应综合考虑。电路如图1-11 所示，为了保证基准时间的准确，可采用石英晶体振荡电路，

21、石英晶体的主频为32768kHz，反相器采用CMOS器件， R15可在530M范围内选择，R16可在10150k范围内选择，振荡频率基本等于石英晶体的谐振频率，改变C7的大小对振荡频率有微调的作用。这里选用 R15为5.1M，R16为51k，C6为56pF，C7为356pF，反相器利用了 CC4060中的反相器，如图1-11和1-12所示。选用CC4060 14位二进制计数器对32768kHz进行14次二分频，产生一个频率为2Hz的脉冲信号，然后用双D触发器CC4013进行二分频得到周期为1s的脉冲信号。当要求精度比较高时,应用石英晶体振荡器和D触发器来构成秒脉冲发生器,此电路对精度要求不高时

22、可用555定时器构成振荡周期为一秒的多谐振荡器,如图17所示.图中R1=R2=47k.滑动变阻器为2k,三个电阻串联.C3=10Uf,C4=0.01Uf.C6  图19 石英晶体振荡器图20 秒脉冲发生器   图21 振荡周期为一秒的多谐振荡器图22 555定时器构成多谐振荡器及其仿真波形(T=1S,占空比为2/3)2)辅助控制电路 为了保证系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系，从系统控制要求可知，控制电路要完成以下4项功能。（1） 操作“直接清零”开关时，要求计数器清零。（2） 闭合“启动”开关时，计数器应完成置数功能，显

23、示器显示预置数据；断开“启动”开关时，计数器开始进行递减计数。（3） 当“暂停|连续”开关处于“暂停”位置时，控制电路封锁时钟脉冲信号CP，计数器暂停计数，显示器上保持原来的数不变，当“暂停|连续”开关处于“连续”位置时，计数器继续累计计数。另外，外部开关都应采取去抖动措施，以防止机械抖动造成电路工作不稳定。（4） 当计数器递减计数到零（即定时时间到）时，控制电路应发出报警信号，使计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。 图19为置数控制电路，LD接74LS192的预置数控制端，当开关S1合 上时，LD=0,74LS192进行置数，当S1断开时，LD=1, 74LS192处于计数工作状态，从而

24、实现功能（2）的要求。图20是时钟脉冲信号CP的控制电路，控 _制CP的放行与禁止。当定时时间未到时，74LS192的借位输出信号BO2=1,则CP信号受“暂停|连续”开关S2的控制，当S2处于“暂停”位置时，门G3输出0，门G2关闭，封闭CP信号，计数器暂停计数；当S2处于“连续”位置时，门G3输出1，门G2打开，放行CP信号，计数器在CP作用下，继续累计计数。定时时间到时，BO2=0，门G2关闭，封锁CP信号，计数器保持零状态不变，从而实现了功能（3）（4）的要求。注意：BO2是脉冲信号，只有在CPD保持为低电平时，BO2输出的低电平才能保持不变。至于功能（1）的要求，可通过控制74LS192的异步清零端CR实现。报警电路在实验中可以用发光二极管来代替。图23 启动电路图24 暂停|连续控制电路 3）预置、计数、显示电路 通过设置开关或按键电路可以对定时时间进行预置，这部分需要编码器。通过编码后，送到计数器预置端作为计数的时间