09325221电子可调定时器要点

1、第一章主电路的设计方案设计要求(1)该电路具有定时控制电路，控制外围电路；(2) 定时时间2 2048S;(3)时间精确度小于1S; (4)自制+12V稳压直流电源。二.设计方案1. 方案一电路采用14位二进制串行计数/分频器CD4060构成高精度秒时基信号源，它 的振荡电路由32768Hz的电子钟表用石英晶体振荡器产生。 经过2分频电路、多 级可调时预置电路产生触发脉冲，控制定时输出电路进行定时。设计电路框图如 图1。高精度秒时2分频电路多级可调定定时输出电基信号源时预置电路路图12. 方案二方案二是由555定时器构成多谐振荡器，利用充放电时间差来产生高精度秒 时基信号源，不需要2次分频，再

2、通过多级可调定时预置电路来控制定时输出 电路进行定时。设计电路框图如图 2。图23. 方案的确定 虽然方案二的电路结构比方案一简单， 所需的元器件也比较少，但是方案 一由CD4060产生的秒时基信号源比方案二由555定时器产生的秒时基信号源频 率更稳定，所产生的信号源更精确，更符合任务书要求。 为使电路具有更高的Q值以提高振荡频率的稳定性，这里选择CMOSE门,从减小电路功耗的角度来考虑，这也是一种较好的选择，因此，电路的其它部分也应尽量采用CMOS!成电路来实现，方案一符合这一要求。 方案一所需的元器件实验室也可以购得， 所需的元件价钱不高，因此我选 用方案一。第二章电路的工作原理一主电路原

3、理本定时器是由石英晶体振荡器产生的高稳定度的脉冲信号， 通过数字电路多 级分频后取得1Hz的秒时基信号，再通过多级数字分频电路的分频，取得多种时 间的控制信号并通过继电器控制工作电路。 本电路定时时间范围为22048S, 通过选择开关分11级输出。电路图如图3。图3所示为精密数字式定时控制电路。该控制器由高精度秒时基信号源、2分频电路、多级可调定时预置电路和定二构成电路各硬件部分原理分析1. 高精度秒时基信号源高精度秒时基信号源是由14位二进制串行计数/分配器CD4O60电子钟表 用石英晶体振荡器(它固有频率为32768Hz)等组成。CD4060内包含两个反相器，这两个反相器可通过外接RC元件

4、或石英晶体组成振荡器。本电路由石英晶体振荡器产生的 32768Hz脉冲信号经CD4060内部14414级二进制计数器，每个计数器可用作一个2分频，其分频范围为 2-2 ，即1616384。后由脚(Q14)输出，输出的脉冲频率为2Hz。a.晶体振荡器电路一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路构成；另一类是通过CMOSE门构成的电路，如图4所示，从图上可以看出其结 构非常简单。该电路广泛使用于各种需要频率稳定及准确的数字电路，如数字钟、电路等。图4电子计算机、数字通信图4所示电路中，CMO非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路， U2实现整形功能，将振荡器输出的

5、近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。 输出反馈电阻Rf为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似 于一个高增益的反相放大器。电容C】、C 2与晶体构成一个谐振型网络，完成对 振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈 网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保 证了输出频率的稳定和准确。晶体XTAL的频率选为32768H。该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数从有关手册中，可查得 C、C2均为30pF。当要求频率准确度和稳定度更高 时，还可接入校正电容并采取温度补偿措施。由于CMO电路的输入阻抗极高，

6、因此反馈电阻 Ri可选为10MQ。较高的反 馈电阻有利于提咼振荡频率的稳定性。b.分频电路分频电路原理由于晶体振荡器输出频率为32768H,为了得到1HZ的秒信号输入， 需要对 振荡器的输出信号进行15级2进制分频。CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高， 而且CD4060还包含振荡 电路所需的非门，使用方便。CD4060计数为14级2进制计数器，可以将32768 H z的信号分频为2H z，其内部框图如图5所示，从图中可以看出，CD4060的 时钟输入端两个串接的非门，因此可以直接实现振荡和分频的功能。图5见表1;引脚图见图6。引出端符号：CP1CP0出端Q14综上所述，可选择CD

7、4060同时构成振荡电路和分频电路。在 CP0和CP0之 间接入振荡器外接元件可实现振荡，并利用时计数电路中多一个2分频器（后述） 可实现15级2分频，即可得1Hz信号。CD4060功能简介：CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是 RC或晶振电路。CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器 位均为主从触发器。在CP （和CP0的下降沿计数器以二进制进行计数，在 时钟脉冲上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。CD4060的功能表时钟输入端 CP0时钟输出端反相时钟输出端Q4- Q10,Q12-Q14计数器输第14级计数器反相输出端输AICP

8、iCR功能XH清除41 L计数L保持Oio Os Qg RESET 晌* 石 n114131211<I_VSS1234E6hQtM q140605 Q7 Q4表1 :功能表CD4060引脚图:图62. 二分频电路 二分频电路原理CD4069与 CD4013组成缓冲级和2分频器，由秒时基信号源输出的2Hz信号 源经CD4069反相和缓冲，送入CD401厂分频，得到1Hz（秒）的信号，该信号 加至CD4040的 CP端，以作为时钟控制信号。CD4013为D触发器CD4013在本电路中被接成双稳态电路，使其每输入两个 脉冲，它的输出端输出一个脉冲，实现 2分频功能。 CD4013功能简介：CD

9、4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每 个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和 Q及Q输出，此器件可用作移 位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上 升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到 Q输出端。置位和复位与时钟无关， 而分别由置位或复位线上的高电平完成。CD4013的真值表见表2;引脚图见图7< 表2 :CD4013真值表功能：CL(Note 1)DRSQQT0000110010X00QQXX1001XX0110XX1111Vdd02Q?CLUCK Z RESET 2 AF A 2SET 2I 14t312T1IO

10、SflCD4013引脚图：F/FF/F1ZU11 231CLOCK 1RS图701ET 1DJ5GUAlEET1|7VSSCD4069功能简介：CD4069由六个COS/MO反相器电路组成。此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。CD4069勺引脚功能见图8 图9。CD4069引脚功能图8图9交流测试电路和波形切换时间INPUTOUTPUTtr=tf=20ns图10图113. 多级可调定时预置电路 多级可调定时预置电路的原理多级可调定时预置电路由一个12位二进制计数/分配器CD404QIC4）组成。 该电路内由12级2分频器组成，它有12个分频输出端，即Q

11、1Q12,其中Q10 11的分频系数=2=1，Q12的分频系数=2 =204&由IC4组成的可调定时预置电路分11级，当CP信号频率为1Hz时，其中第1一级的定时预置时间由CD4040的Q2输出，定时时间为2 =2S，第二级定时预置时23间由Q3输出，定时预置时间为2 =4S,第三级由Q4输出，时间为2 =8S第十10级定时预置由Q11输出，时间为2 =1024S,第十一级定时预置时间由Q12输出，11定时预置时间为2 =2048S CD4040功能简介：CD404C是 12位二进制串行计数器，其内部框图如图12。所有的计数器为 主从触发器。计数器在时钟的下降沿进行计数。CR为高电平时

12、，对计数器进行清零。由于在时钟输入端使用施密特触发器，对脉冲上升和下降时间无限制，所 有输入和输出均经过缓冲。CD4040功能表见表3;引脚图见图13。图12引出端符号:CPCRQQ ii表3 :时钟输入端清除端计数器脉冲输出端功能衣:«人输出状态7=CPL保ML什»XH所有*出为LCD4O40引脚图V(jd Qu Q10 阳 Qa RESET 刼1IDDivss厂2s'461I8C12Q13 di4 Os Qi <17V$g图134. 定时信号输出变换与控制电路定时信号输出变换与控制电路工作原理VT1、VT2和IC5组成定时信号输出

13、变换与控制电路，其中NE555与R4 C3组成单稳态延时电路，延时时间T=1.1R4C3也可根据实际定时需要，按照公式 选择R4和C3的数值。根据定时需要，可由选择开关 SA1将相应的定时阶跃高电平引出一路。当 IC4输出定时信号后，加至放大器 VT1、VT2（VT1先导通，VT2随后导通）。VT2 集电极输出低电平，经放大后的信号再加至 IC5脚，使555因脚为低电平而 发生翻转置位，脚输出的高电平使继电器 K吸合，接通相应控制的负载，使负 载工作。本控制器定时的工作程序为：等待 2N（N=211）秒后，继电器才吸合，接通 工作。之后，因C3通过R4进行充电，当C3上的电压充到使6脚电位达到

14、2/3VDD 时，555发生复位，脚输出的低电平使继电器 K释放，相应负载断电，停止工 作。本定时控制器的定时时间可从 22048秒，分11个档次，定时精度高，较一 般定时器理想。NE555定时器：555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。555定时器原理图及引线排列如图14所示。其功能见表4。定时器内部由 比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个 5K的电阻 构成，分别给A1和A2提供参考电平2/3VCC和1/3VCC A1和A2的输出端控制 RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号

15、自 6脚输入大于2/3VCC时，触发 器复位，3脚输出为低电平，放电管T导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC 时，触发器置位，3脚输出高电平，放电管截止。4脚是复位端，当4脚接入低 电平时，则V0=0;正常工作时4接为高电平。5脚为控制端，平时输入2/3Vcc作为比较器的参考电平，当5脚外接一个 输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。 如果不在5脚外加电压通常接0.01卩F电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳疋。2触发5控制电压3输出6门限（阈值）4复位7放电%84J4图14 NE555内部框图（a）和引脚图（b）表4: NE555功能表:

16、踰人簡电平航发端（）低屯平触发曙临）Sffi（和输出（）啟电管VT的状念XQQP导適211裁止 A晁10导通1不变不变在此次电路我应用的是555构成的脉冲启动式单稳态电路单稳态，因此我重 点在这里说一下脉冲启动式单稳态电路。所谓“单稳态”电路，就是该电路只有一个稳定状态，另一个状态为不稳定 状态或称暂稳定状态。这种电路在平时处于稳定状态，当需要时，用一个触发信 号去触发它，使它翻转进入暂稳态，经过一段时间后电路又自动恢复到稳态。单稳态电路有下列特点：一是电路处于稳态时，若没有外加的触发信号，则 电路一直处于稳定状态而不会自动改变其状态； 二是暂稳态的暂稳时间可以根据 需要预先设定；三是到达预定

17、的暂稳时间后，电路可不外加任何信号而自动恢复 到稳态。图15为脉冲启动型单稳，也可以分为 2个不同的单元。他们的输入特点都 是“ RT-7.6-CT”，都是从2端输入A路的2端不带任何元件，具有最简单的形式； B路则带有一个RC微分电路。A脉冲启动单稳B 瞬:冲启动单稳U 特点："RT-T. ElUT" 2 端输入口外脈沖启动或人 工启动口2 > 公式:1d=l. 1RT*CT3 ）用途：定【延：）时、消 抖动、分（倍）频脈沖 输出、K匚速率等检测口图151）特点：L*ET-7. 6-01!, 2 端输入.外麻沖启动输入 带EC徽分电路口23 公式:rd=l. 1KT

18、#CT33用途：定£延）时、消 抖动、分I倍）频脉冲 输出、J匚速率等检测°我在这里选用的是B路。该电路在接通电源后，首先进入一个稳态建立的过 程。这个过程是这样的：接通电源后，输出端输出高电平。电源首先通过电阻 RT向电容CT充电，当充电使电容CT上的电压达到2/3VCC时，电路复位，输出端 变为低电平。这时由于内部放电管导通，电容CT通过脚进行放电，电路进入稳态。R1、C1组成微分电路，它将输入的触发脉冲微分后加至电路的触发端脚， 使电路的触发更可靠。当对电路的输入端 Vi加上低电平后，经过微分电路，该 低电平变为窄脉冲加至触发端脚，电路被触发后发生翻转，输出端脚由低电

19、 平变为高电平。当电路输出端脚变为高电平后，555电路内部的放电管截止。电源开始通 过RT向CT充电，电路进入暂稳态。当电容充电使其电压上升至2/3VCC时，电路翻转，输出端脚由高电平变为低电平，电路进入稳态。第三章电源电路的制作直流稳压电源小功率稳压电源由电源变压器、 整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，系统框图如图16所示，电路图如图17所示Uo(a)稳压电源的组成框图0 t图171 整流和滤波电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压U2变换成脉动的直流电压 U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉 动直流电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压 U。U与交流 电压U2的有效值U2的关系为：Ui =(1.1 1.2)U2在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：Urm'2U2流过每只二极管的平均电流为:I R 0.45U 22 R其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容 C提供放