数电课设-24小时定时电路

19/22摘要时间，是人类永恒的话题。随着科技的进步与生活方式的改变，人类发明了种类繁多的计时器。从原始的太阳钟到现在精确度可达50亿年误差一秒的原子钟，计时器追随者人类的进步的步伐，经历了计时精度由模糊到精确的过程。而计时器的种类也经历了从单一型到多样化的蜕变。计时器，见证着人类的发展与文明。本文将着手于基础555定时器构成1s时钟脉冲电路进而对24小时拨码可设置时间电路的设计。关键词：555定时器，拨码开关，设置时间，24小时AbstractTimeistheeternaltopicofmankind.Withtheprogressofscience，technologyandthechangeoflifestyle,mankindinventedagreatvarietyoftimers.Fromtheprimitivesolarclocktothepresent,anatomicclockwithanaccuracyofupto5billionyears,atimer,afollower,theprogressofmankind,hasundergonetheprocessofblurringtheaccuracyoftimefromtheprecisetotheprecise.Andthetypesoftimershaveundergoneametamorphosisfromsingletypetovariety.Timer,witnessedthedevelopmentandcivilizationofmankind.Thispaperwillstartwiththebasic555timertoformthe1sclockpulsecircuit,andthensetthetimecircuitforthe24hourdialingcode.Keywords:555timer,dialcodeswitch,settime,24hours目录1绪言 11.1课题的来源和意义 11.2电子定时器的应用 12方案设计及认证 33单元电路设计 43.1秒信号发生器电路 43.2计时模块 53.3报警模块 63.4显示模块 73.5预设时间电路设计 83.6启动/停止电路设计 93.7控制电路设计 103.8设计电路图 124实物焊接与调试、结果记录 134.1总原则 134.2电源的设计 134.3焊接中遇到的问题 144.4实物图 154.5实物电路出现的问题及解决方案 165前景展望 186心得体会 19参考文献 201绪言我们在日常生活中，经常会碰到一些需要定时的事情，例如：印相和放大图片，需要定时在零点几秒的时间，洗衣机洗涤衣服需要定时在几分钟到几十分钟的时间，电风扇需要定时数十分钟的时间。完成这种定时的定时器有多种多样，在家用电器中采用机械定时器就是根据一般上弦钟表原理设计的，这种定时器虽然结构简单，成本低，维修也比较简单，但是它的触头频繁接触和断开，大大的缩减了它的使用寿命，也不利于进一步全自动化。在电子技术突飞猛进的今天，电子计时器一定会逐步取而代之，这是不言而喻的。本文是基于74LS192、555定时器设计的定时器。1.1课题的来源和意义课程设计课题是老师提出的，电子定时设计课题不一定很大，但需要通过亲手做一遍全过程，完成一个产品制作，这个过程的收获是很大的。为了在生活中更具实用意义，我们在定下初期目标的时候特地简化了功能。1.2电子定时器的应用电子定时器在家用电器中经常用于延时自动关机、定时。延时自动关机可用于：收音机、电视机、录音机、催眠器、门灯、路灯、汽车头灯、转弯灯以及其他电器的延时断电及延时自停电源等。定时可用于：照相定时曝光、定时闪光、定时放大、延时催眠器、延时电铃、延时电子锁、触摸定时开关等。例如：空调中的定时器，在工作一段时间之后便能自动断开电源停止工作。夏季夜间使用，入睡前先定好时间，等熟睡后就到了预定时间，空调自动关机，方便节能。定时器除用于家用电器外，还广泛地用于工农业生产和服务设施，达到定时时间后会给出提示，极大地方便了用户操作。2方案设计及认证本设计电路要求具有显示报警功能，因而所需要的模块含有时钟脉冲模块、计时模块、显示模块、报警模块、设时模块、控制模块六大模块共同构成。其中，时钟脉冲模块用于产生频率为1Hz的时钟脉冲信号，计数模块用来记录经历的时间，显示模块用来直观显示经历的时间，报警模块用来当预置时间倒数完毕时的报警提示，设时模块用来设置需要的时间，控制模块用以控制电路的开始与暂停以及电路的两种计时方式（小时计数、分钟计数）。具体关系如下图所示：时钟脉冲模块时钟脉冲模块控制模块控制模块计数模块显示模块计数模块显示模块报警模块设时模块报警模块设时模块图2.1模块关系总图3单元电路设计3.1秒信号发生器电路秒信号发生器采用555定时器，555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。其成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器。555定时器包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。其秒信号发生电路如下图所示：图3.1.1脉冲电路仿真图VCC通过对R1、R2向电容充电。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＝R1*R2*lnC.选择了R7=130K，R9=6K,C16=10uF得1秒的震荡时间。3.2计时模块计时电路，采用74LS192该芯片是同步10进制可逆计数器，具有双时钟输入，可置数可清零。本次设计中我们将74LS192接成十进制和六十进制，考虑到我们要倒计时。所以我们将所有74LS192的UP端在计数时保持高电平，在秒计数的个位的74LS192：秒信号输入接到DOWM，秒计数的十位：将输入端的B,C端接高电平（即输入端接成0110），秒十位的置数LD端和借位端BO连在一起构成6进制，再把秒个位的BO和秒十位的DOWN连在一起。当秒脉冲从秒个位的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。电路如下：图3.2.1计数模块电路仿真3.3报警模块报警电路我们将用四输入或门和一个反相器、LED发光二极管组成。只有当所有四个数码管之前8421码输入0000时，经过或门输出为0，而反相器形成高电平，使LED发光二极管工作发红光。其中R13作为保护电阻保护LED发光二极管。图3.3.1报警模块电路仿真3.4显示模块显示电路采用了4片一位的共阴极七段数码管（如图4.2所示），来分别显示计时的十位和个位，小时的十位和个位完成预置和显示功能。数码管的驱动电路采用的共阴极的七段译码器74LS48，它内部有上拉电阻，可以直接与共阴极的数码管相连接。由于数码管只用显示0—9的数字，则LT、LBI、BI/RBO三个脚都接高电平，ABCD四个输入端连接74LS192的输出，就能显示出预置的时间和定时的剩余时间。其连接电路图如图4.1所示：此外我们设计出一个要用一个发光二极管显示秒的过程的电路。我们从555的OUT口接一个300的电阻再接发光二极管，当OUT口在输出0、1信号（高低电平）从而使发光二极管随输入脉冲一闪一亮，显示秒的变化。如图：图3.4.1显示模块电路图3.4.2脉冲电路输出显示电路仿真3.5预设时间电路设计在预设时间的模块中，我使用了两个四位拨码开关、74LS192D等元件来完成工作。其中J6完成第一个数码管的置数，J3完成第二个数码管的置数。我发现，在实际应用中，真正在小时这一数量级进行定时的时候很少会使用到单独的分钟，于是我决定将分钟和小时分开，或者说用两种不同的倒数计时模式来使其工作，后面详述。在本电路中，通过拨码的8421码通过ABCD四个输入端，经由74LS192D来进行置数，在了解到此芯片的功能表后，我们在电路的起始端处于暂停状态时对其进行置数，在拨码开关四个拨码向上向下表示1、0时，8421码对应的二进制数在经过译码器输出到数码管显示对应数字。后面根据电路原理，将会从置数的位置进行倒数。图3.5.1预设时间电路仿真3.6启动/停止电路设计在启动（开始）和暂停的两个功能中，主要针对了555定时器为基础的时钟脉冲输出模块进行相应的限制从而使电路完成预想功能。在电路中，我们使用了一个三键开关用来在电源和地进行转换控制对555芯片的/RST（复位引脚或称直接清零端）接高低电平，当低电平时则时基电路不工作，此时不论TRI、THR处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。从而控制脉冲输出来达到控制整个电路的目的。图3.6.1启动停止电路仿真3.7控制电路设计控制电路中分为控制小时和分钟的两个部分。前者J1接右端，可以看作四个74LS192D芯片控制秒位和分钟位，则进位时产生的脉冲信号会直接对第四个芯片产生作用，使得秒这一单位直接在数码管显示减少。后者J1接左端，可以看作六个74LS192D芯片，而数码管却只显示分钟位和小时位，秒位则不再显示却仍然在脉冲的触发下进行相应的进位转换等工作。相应的电路图如下：图3.7.1控制电路仿真3.8设计电路图图3.8.1总电路仿真4实物焊接与调试、结果记录4.1总原则以每个模块为基准先焊接起来，最后将不同模块连接在一起。4.2电源的设计4.2.1方案一用电池盒和四节五号干电池组成6V的直流电源。4.2.2方案二用一个变压器把220V的家用交流电压变为18V的小电压。利用二极管单向导通的原理，用四个二极管构成一个桥式整流电路，对交流电进行半波整形，再经过一个电容对其整形，变成供这个近似直流的电压，但由于还有许多文波，再用一个稳压二极管稳压管变成6V的稳定直流电压，供这个电路的使用。从图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的电路发生短路，保险内的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动很大的直流电源，所以在这里接一个300欧的电阻限流。变压器输出端的18V电压，因为这时候的输出的电流不稳定需要一个用一个100UF的电容来滤波。最后要在电路中加一个稳压二极管进行最后的稳压。之后会输出稳定的6V电压，供电路使用。图4.4.2.1电源电路4.3焊接中遇到的问题为了能更简便地使用杜邦线进行直插操作，我在电路板底下对每个芯片的接地端和电源端（或和电源及地等电位端）进行了短接并在某一位置进行了整合，引出两根线与电源正负极相接。另外在板子上的最外面一圈是短路的，于是对板子上芯片的限制比较大，在焊接接近尾声的时候才注意到这点，于是将数码管的上端的排针全部接到板子背面后将线也这样插在排针上面来解决。4.4实物图图4.4.1实物正面图图4.4.2实物反面图4.5实物电路出现的问题及解决方案鉴于时间和经费原因，在电路出了少许问题后，发现了问题但是并没有能及时解决。以下列出出现的问题与解决方案以供查阅。问题：复位开关可以设置时间，但是在计数时若按下复位开关会导致计数器并不复位而是持续不断的减位。解决方案：观察复位开关的功能，重新对引脚接线。问题：减位不能正常工作，如在01:00，下一个显示的却是00:89，解决方案：可能是芯片之间接线的问题，重新调整对进位控制的芯片（74LS192）的引脚，使其能够符合功能。问题：在调整到以小时计数的功能时，会出现跳位不稳定的问题。解决方案：可能是芯片本身的问题，更换芯片。接线错误，检查错误并更正。5前景展望传统的定时器绝大部分都是发条驱动式、电机传动式或电钟式等机械电器，部分电子器械钟也有使用时间继电器的。相对于传统的定时器，电子定时器的体积小、重量轻、造价低、精度高、寿命长而且安全可靠、调整方便、