可预置定时电路设计__学士学位论文

1、电子课程设计可预置定时电路学院：电子信息工程学院专业班级：自动化 101502姓名：杨继成学号：201015040222指导教师：闫晓梅2012 年 12 月目录一：设计任务与要求.3二：总体框图.3三：选择器件.3四：功能模块. ？12五：总体设计电路图. ？174可预置定时电路一：设计任务与要求1:设计一个可灵活预置时间的设计电路，要求具有时间显示功能，能准确预置 和清零，计时范围为099秒，两位数字显示，计时间隔1秒。2:设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停|连续计时。3:要求计时电路递减计时，间隔一秒，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0

2、0,同时发出光电报警信号。二：总体框图定时器由启动电路、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。其中计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯，定时时间到报警等功能。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。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

3、是十进制可编程同步加|减计数器，它采用8421码二一十进制编码，并具有 直接清零、置数、加|减计数功能。报警电路在实验中也可以用发光二极管来代替图 1 总体框图三：选择器件:5表 1 所选择的器件列表型号名称数目74LS00十进制加法计数器374LS192十进制可逆计数器2555定时器国产双极型定时器1LED数码显示器274LS00二输入与非门274LS04非门（反相器）174LS10三输入与非门174LS190同步可预置十进制加减 计数器31.同步十进制可逆74LS19274LS192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：Vcc P

4、t MR Ttto TCu PL耳P3Ld UJ LJ Ld UJ K Ld Pl *QQCPDCPu Q? Oj GND(a)图 2 74LS192 的引脚排列及逻辑符号图中：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，PO、P1、P2、P3为计数器输入端， 为清除端，QO Q1、Q2 Q3为数据输出端。其功能表如下：POQP1QiP2Q2P3Q3CPUTCuCP：.TCDPLMR(b)15J104H146712136表 2:74LS192 功能表输入输出MRPL3P3卩2PlPOQ3Q2QIQO1XXXXXXX000000XXdCbadcba011XXXM加

5、i数011XXXX减汁数2:555定时器结构如图:BBS VIRTUAL图 3555 定时器结构图功能表如下图所示:表 3 555 定时器功能表输出V-,J吃炸兀山-旅电骨IXX00严 3准131不査3:74LS04: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）。7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。设计电路所用的芯片是74LS04,

6、如下图所示：六位反相器74ls04引脚图：1村12311 1arie-Co-412341* pAlY1MVJAJV3GNC图 4 :六位反相器 74LS04 引脚图功能表:表 4 74LS04 功能表Y = AInpvtOutputAYLHHL1逻辑符号逻辑函数式代A图 574LS04 逻辑符号和逻辑函数式4:74LS00四二输入与非门：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：8表 5 与非门逻辑功能表输入输出ABY00101110111074LS00内部结构原理如下图:74LS00内部结构UCC 4B UA斫3B 3ft 3V1312111098rfhagI D1-

7、p)ck123456 b1A 1B 1V 2A 2B 2V GHD图 6 74LS00 内部结构与非门逻辑符号如下:图 7 74LS00 逻辑符号74LS00管脚图如下:95：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。工作原理基本RS触发器的逻辑方程为:图 874LS00 管脚图(a)躅电路图也1两导Emo基和s脱器10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

8、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

9、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,

10、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表 5 触发器功能表劉.2赫喇：if4表也21 10 1t 00ionin 05(ri oiI10&! 101P1111i00ao01V| MU(I 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；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

11、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。126:74LS10三输入与非门：74LS10三输入与非门内部结构原理图如下:vcc图 1074LS10 内部结构原理图74LS10引脚图：H-T T T T T T11A IB2A2B2(，2YiND图 1174LS10 引脚图 741sW 逻辑符号表 8真值表7:74LS190同步可预置数十进制加减计数器74LS19 0同步可预置数十进制加减计数器结构如图:Vec 1C 1Y 3C3B3A3Y| 14 13 12 II 109 K|Y=ABC )| 3 SA三正与非门74LSI

12、0| 1234567|13hLrLTLTLCLCLn_rLrLrLrLrLrL怕岸却 J-i；二_II_ILl二 _n I!l1* IIt t也卜一L计bX*/止彳 1濂#敌JM图 1274LS190 动作时序图74LS74190功能表：输入输出CTENLOADD/UDCBA.CPX0XdcbaX异步预置X10T加计数011T减计数11XX保持74LS190动作时序图:和.-洋fl#4,MAKVI辅出輸岀表六：74LS190 功能表j_I r1474LS190是同步可预置数加减十进制计数器，符号与动作时序图如上图，它具有 异步指数端LOAD、加减控制端D/U和计数控制端CTEN为了方便级联，设

13、 置了两个级联输出端RCO和MAX/MIN其各个控制端功能详见其功能表（上表）四：功能模块1:秒脉冲发生电路：首先 设计定时电路 由于555定时芯片是一种常用的定时芯片且课堂中学习过，原理简单易懂，因此选用555芯片来产生时钟脉冲信号。如下图所示用555定时器和74IS190芯片 经过3次分频 将1khz分频成为1hz即为1s即1s定时电路设计成功VETBLSTc/nnTiaTUIcar-CT1DB -31E /MII-A3Bg3CQCDQDVW-U2IE E EVCC口-XTZDSSAX/MIJ Utln15图 13 秒脉冲发生电路通过测量器输出端产生的波形如下图所示：图 14 秒脉冲波形图

14、2：辅助预置电路：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|16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

15、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

16、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。报警电路在实验中也可以 用发光二极管来代替。启动，暂停|连续计时电路（控制开关即可现启动、暂停|连续计时功能）：图 15 启动、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。 根据题目要求这部分应采用减计 数

17、。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码二一十进制编码，并具有直接17清零、置数、加I减计数功能。（控制左侧开关可实现清零，控制右侧开关可实现 对0到99内的任意数进行预置数）图：图 16 预置，计数，显示电路在其输入端接入单刀双掷开关控制器高低电平可实现其预置数功能，如图:图 17 预置、计数、显示电路如下图预置77：18图 18对计数器预置数目 77总体设计如下图所示:19图 19 总体设计图五：总体设计电路图：可预置的定时显示报警系统总体参考电路如下图所示，555定时器组成的20多谐振荡器经过74LS19C分频输出得到秒脉冲信号，作为计数器的时钟脉冲；预 置时间用开关控制，其输出通过开关预置输入，预置了计数器所要计数的时 间。通过闭合启动开关将预置数译码显示，计数器开始递减计数，同时译码器译码显示递减数据，当计数器计数递减到00发出信号报警（灯由灭变亮）。电路 在工作过程中，可以拨动暂停和连续开关对计数过程进行控制。图 20 总体设计电路图闭合预置数开关，调节预置数的数值，可以实现对0到99范围内任意数值对计时器进行预置数，下图为预置数77:，此时光电报警