定时控制器逻辑电路设计

大连工业大学通信xxx-第2页共12页定时控制器逻辑电路设计作者：xxx指导教师：xxxxxxx[摘要]为了能使一起在特定的时间内工作，通常需要人在场干预才能完成。本课程设计的定时控制器，就是能使你不在时，仪器也能按时打开和关闭。例如你想用录音机、录像机录下某一时间段的节目，而这一段时间你又有其他事要做，不在家或机器旁边，你就可以事先预置一下定时器。在几点几分准时打开机器，到某时某刻关掉机器。本文介绍的定时控制器由数字钟单元、定时单元和控制器单元以及继电器输出单元等几部分组成,并详细介绍了定时控制器的设计方案、功能及在设计过程中所做的改进。[关键词]数字钟电路；定时电路；控制电路；继电器电路 一.设计任务设计一个带数字电子钟的定时控制器逻辑电路。二.设计要求1.基本要求1.1具有电子钟功能，显示为四位数字。1.2可设定定时起动（开始）时间与定时结束（判断）时间。1.3定时开始指示灯亮；定时结束，指示灯灭。2.发挥部分定时范围可以选择，能精确到分钟。三.说明1.时间要求：6月29日至7月2日共1周 2.内容：完成实际电路，总结报告。定时控制器由数字钟单元、定时单元以及控制器单元和继电器输出单元等几部分组成。如图3.1所示为定时控制器系统框图。继电器继电器输出单元数字钟单元定时时间设定控制器单元 数字钟单元定时时间设定控制器单元图3.1定时控制系统框图四.方案选择与论证 1.数字中单元电路一般而言数字钟单元的设计与制作可以采用数字电路来完成,也可以采用单片机来完成.若采用数字电路来完成,其功能主要是依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现,尽管电路复杂，但电路原理及元件连接较为简单，易于以后调试、改正;而采用单片机来设计制作,由于其功能的实现主要是通过软件编程来完成,虽然降低了电路的复杂性,但编程冗长且较难，不易完成，修改调试困难，不易于操作.本电路是以简单的数字逻辑电路为基础，来实现数字钟单元。 方案一：采用数字电路控制，其原理方框图如图4.1.1所示。由晶振电路经分频产生1Hz标准秒脉冲。整个计数器电路，采用74LS图5.1.2分、时计数器电路1.3译码显示 所有计数器的译码显示均采用BCD-七段译码器，显示器采用共阴或共阳数码管。U5-U8输出的BCD码被分别接到U9-U12。U9-U12均为74LS48BCD-七段译码器电路，由它驱动七段共阴LED数码管。四个数码管给出从00：00到23：59的时间显示，而D1和D2为发光二极管显示，用来显示秒脉冲。电路图如图5.1.3所示。 图5.1.3译码显示电路1.4校正时间电路在刚刚开机接通电源时，由于时分为任意值，所以，需进行调整。置开关在手动位置，分别对时、分进行单独计数。计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。在本电路中，开关S1用来预置时间，当它置于位置A时，数字钟处于正常状态；当他置于位置B时，给出1Hz的脉冲到分计数器U5；当它置于位置C时，它给出1Hz的脉冲到小时计数器U7。 2.定时器定时时间的设定定时器控制的功能是将数字钟的时间与预置的开、关时间进行比较，并完成相应的开关动作。在定时器预置开关电路中，有两组开关——其实定时时间开关和终止定时时间开关。每组有四个开关（逻辑开关J1-J8，J1-J4为其实定时时间开关，J5-J8为终止定时时间开关开关）。根据需要设置的定时时间，由8421BCD码表，将0—9的十进制数转化为四位0-1二进制数，分别置入逻辑开关即可。例如定时时间为“09：30”即在4个逻辑开关相应依次输入“0000”，“1001”，“0011”，“0000”。3.控制器单元 控制器的任务是将计数值与设定值进行比较。U8-U5数字中输出和定时逻辑开关输出是通过异或门74LS86（电路图中U18-U21）进行一位一位的比较，当定时开关时间到，即所有的值全相等时，在74LS30与非门（图中U23）输出端输出一个负脉冲，使控制触发器74LS112(图中U24)变为高电平。双下降沿JK触发器74LS112，在时钟脉冲CP的后沿（负跳变）发生翻转，它具有置0、置1、计数和保持功能。JK触发器的状态方程如式5.3.1所示。74LS112引脚排列如图5.3.2所示。功能如表5.3.3所示。 公式5.3.1JK触发器状态方程J和K是数据输入端，是触发器状态更新的依据，若J、K有两个或两个以上输入端时，组成“与”的关系。Q与为两个互补输出端。通常把Q＝0、的状态定为触发器“0”状态；而把Q＝1、定为“1”状态。图5.3.2JK触发器74LS112引脚图JK触发器一般都有异步置位、复位端，作用是预置触发器初态。当不使用时，必须接高电平（或接到电源+5V上），不允许悬空，否则容易引入干扰信号，使触发器误动作。表表5.3.374LS112功能表 输入输出DDCPJKQn+1n+101×××1010×××0100×××φφ11↓00Qnn11↓101011↓010111↓11nQn11↑××Qnn 4.继电器电路由控制电路作用，使控制触发器74LS112(图中U24)变为高电平,即Q为高电平，使得继电器RL1和RL2接通，定时器开始定时。RL1的接通，使得+5V从加入“起始定时开关”而转加到“终止定时时间开关”上。由于控制触发器74LS112(图中U24)中Q=1（=0），使定时器的“定时开始指示灯”亮。当时间运行到“终止时间”设定值时，74LS30与非门（图中U23）输出端又一次输出一个负脉冲，使得控制触发器74LS112(图中U24)翻转，即Q=0。U24的低电平使T1和T2关断，RL1继电器释放，又回到定时前的工作状态。同时Q=0又使“定时结束指示灯”亮。继电器RL1输出端，一端接起始定时时间逻辑开关，另一段接终止定时时间逻辑开关，由此来实现交叉供电，即在定时的起始时间时，该继电器闭合，给起始时间逻辑开关供电，而在定时的终止时间起作用时，继电器断开给终止时间的逻辑开关供电。RL2用于外接所需控制的仪器。按下S3，可以去掉预先存在的“定时”设定。继电器部分电路如图5.4所示。 图5.4继电气部分电路 六、收获体会和改进意见课程设计终于完成，在这个过程中我遇到了很多困难，知识的缺乏，对画图和仿真软件的不熟悉等等，这其中得到了指导老师的很多帮助，同时也给我提供了一些建议和意见。这个课题用到了数字电路方面的知识，通过这次课程设计，使我对TTL74系列、CMOS系列元器件以及其他集成电路有了一定的了解，平时课上的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，所以通过这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。刚拿到课程设计的题目，起初不知该从何下手，经过老师指导设计和对材料的讲解，再到图书馆和网上查找大量资料，才慢慢了解课程设计。在资料和电脑前思考的过程是苦涩的，在图书馆中查找资料的过程是也是艰辛的，但当课程设计完成时，那感觉是舒服的，才真正理解到没有付出就不会有回报的真正含义，一份耕耘一份收获，有付出才会有回报，这个过程中我也学会了怎样去更有效地学习，怎样和他人探讨，学会了怎样快速高效的搜集自己所需的资料。其次，通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。而且，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我学习生涯上一个非常美好的回忆！只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们应该把定时控制器这一项技术学的更透彻一些，能实际的应用到每一个生活角落，不仅仅是这一项，实际生活中有很多对定时器的应用。我对相关知识还有待提高，自身的不足对生活中的应用有很大的阻碍，我要加紧对自身的提高进行学习，努力做到在对专业知识的掌握和熟练运用。以后我会主动参加一些实践活动，进一步增强自己的动手能力。这次课程设计我懂得要具备严谨，大胆，勇于创新的精神。我从中获益匪浅，学到了小心谨慎，实事求是的态度，也得到了老师和同学的大力帮助和支持，对大家表示由衷的感谢。本电路是以简单的数字逻辑电路为基础，来实现定时控制功能。其功能主要是依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现,性能可靠，操作简单，成本低等特点。但也有不足，比如由数字电路来实现数字钟单元，电路较复杂，电线容易搭接错误，不好修改，以后应多尝试用单片机编程来实现，以此来总体简化电路。参考文献[1]