可预置定时电路课程设计.doc

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17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00，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。 报警电路在实验中也可以用发光二极管来代替。图1 总体框图三：选择器件： 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3 表1 所选择的器件列表 1.同步十进制可逆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：表2:74ls192功能表 2：555定时器结构如图： 图3 555定时器结构图功能表如下图所示：表3 555定时器功能表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）。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，如下图所示：六位反相器74ls04 引脚图：图4：六位反相器74ls04引脚图功能表：表4 74ls04功能表图5 74ls04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： 表 5 与非门逻辑功能表74ls00内部结构原理如下图：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： 图8 74ls00管脚图5：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：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表5 触发器功能表综上所述，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 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。6:74ls10三输入与非门：74ls10三输入与非门内部结构原理图如下：图10 74ls10内部结构原理图74ls10引脚图：图11 74ls10引脚图7:74ls190同步可预置数十进制加减计数器74ls190同步可预置数十进制加减计数器结构如图：74ls74190功能表：表六：74ls190功能表输入输出ctenloadd/udcbacp0dcba异步预置10加计数011减计数11保持74ls190动作时序图： 图12 74ls190动作时序图74ls190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、加减控制端d/u和计数控制端cten，为了方便级联，设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74ls190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 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|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。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。（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：图18 对计数器预置数目77 总体设计如下图所示：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 定时器组成的多谐振荡器经过74ls190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:，此时光电报警信号表现为灯灭：图21