數(shù)電課設(shè)-24小時定時電路.doc

摘 要時間，是人類永恒的話題。隨著科技的進步與生活方式的改變，人類發(fā)明了種類繁多的計時器。從原始的太陽鐘到現(xiàn)在精確度可達50億年誤差一秒的原子鐘，計時器追隨者人類的進步的步伐，經(jīng)歷了計時精度由模糊到精確的過程。而計時器的種類也經(jīng)歷了從單一型到多樣化的蛻變。計時器，見證著人類的發(fā)展與文明。本文將著手于基礎(chǔ)555定時器構(gòu)成1s時鐘脈沖電路進而對24小時撥碼可設(shè)置時間電路的設(shè)計。關(guān)鍵詞：555定時器，撥碼開關(guān)，設(shè)置時間，24小時AbstractTime is the eternal topic of mankind. With the progress of science，technology and the change of lifestyle, mankind invented a great variety of timers. From the primitive solar clock to the present, an atomic clock with an accuracy of up to 5 billion years, a timer, a follower, the progress of mankind, has undergone the process of blurring the accuracy of time from the precise to the precise. And the types of timers have undergone a metamorphosis from single type to variety. Timer, witnessed the development and civilization of mankind. This paper will start with the basic 555 timer to form the 1s clock pulse circuit, and then set the time circuit for the 24 hour dialing code.Key words: 555 timer, dial code switch, set time, 24 hours 目錄1 緒言11.1 課題的來源和意義11.2 電子定時器的應(yīng)用12 方案設(shè)計及認證33 單元電路設(shè)計43.1 秒信號發(fā)生器電路43.2 計時模塊53.3 報警模塊63.4 顯示模塊73.5 預(yù)設(shè)時間電路設(shè)計83.6 啟動/停止電路設(shè)計93.7 控制電路設(shè)計103.8 設(shè)計電路圖124 實物焊接與調(diào)試、結(jié)果記錄134.1 總原則134.2 電源的設(shè)計134.3 焊接中遇到的問題144.4 實物圖154.5 實物電路出現(xiàn)的問題及解決方案165 前景展望186 心得體會19參考文獻201 緒言 我們在日常生活中，經(jīng)常會碰到一些需要定時的事情，例如：印相和放大圖片，需要定時在零點幾秒的時間，洗衣機洗滌衣服需要定時在幾分鐘到幾十分鐘的時間，電風扇需要定時數(shù)十分鐘的時間。完成這種定時的定時器有多種多樣，在家用電器中采用機械定時器就是根據(jù)一般上弦鐘表原理設(shè)計的，這種定時器雖然結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維修也比較簡單，但是它的觸頭頻繁接觸和斷開，大大的縮減了它的使用壽命，也不利于進一步全自動化。在電子技術(shù)突飛猛進的今天，電子計時器一定會逐步取而代之，這是不言而喻的。本文是基于74LS192、555定時器設(shè)計的定時器。1.1 課題的來源和意義 課程設(shè)計課題是老師提出的，電子定時設(shè)計課題不一定很大，但需要通過親手做一遍全過程，完成一個產(chǎn)品制作，這個過程的收獲是很大的。為了在生活中更具實用意義，我們在定下初期目標的時候特地簡化了功能。1.2 電子定時器的應(yīng)用 電子定時器在家用電器中經(jīng)常用于延時自動關(guān)機、定時。延時自動關(guān)機可用于：收音機、電視機、錄音機、催眠器、門燈、路燈、汽車頭燈、轉(zhuǎn)彎燈以及其他電器的延時斷電及延時自停電源等。定時可用于：照相定時曝光、定時閃光、定時放大、延時催眠器、延時電鈴、延時電子鎖、觸摸定時開關(guān)等。例如：空調(diào)中的定時器，在工作一段時間之后便能自動斷開電源停止工作。夏季夜間使用，入睡前先定好時間，等熟睡后就到了預(yù)定時間，空調(diào)自動關(guān)機，方便節(jié)能。定時器除用于家用電器外，還廣泛地用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)設(shè)施，達到定時時間后會給出提示，極大地方便了用戶操作。2 方案設(shè)計及認證本設(shè)計電路要求具有顯示報警功能，因而所需要的模塊含有時鐘脈沖模塊、計時模塊、顯示模塊、報警模塊、設(shè)時模塊、控制模塊六大模塊共同構(gòu)成。其中，時鐘脈沖模塊用于產(chǎn)生頻率為1Hz的時鐘脈沖信號，計數(shù)模塊用來記錄經(jīng)歷的時間，顯示模塊用來直觀顯示經(jīng)歷的時間，報警模塊用來當預(yù)置時間倒數(shù)完畢時的報警提示，設(shè)時模塊用來設(shè)置需要的時間，控制模塊用以控制電路的開始與暫停以及電路的兩種計時方式（小時計數(shù)、分鐘計數(shù)）。具體關(guān)系如下圖所示：時鐘脈沖模塊控制模塊計數(shù)模塊顯示模塊報警模塊設(shè)時模塊圖2.1 模塊關(guān)系總圖3 單元電路設(shè)計3.1 秒信號發(fā)生器電路秒信號發(fā)生器采用555定時器，555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。其成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器。555定時器包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 。其秒信號發(fā)生電路如下圖所示：圖3.1.1 脈沖電路仿真圖VCC通過對R1、R2向電容充電。電容上得到電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當電容上的電壓上身到2/3VCC時，輸電壓VO為零，電容放電。當電壓下降到1/3VCC時，輸出電平為高電平，電容放電結(jié)束。這樣周而復始便形成了振蕩。我們要的周期是1秒，頻率是1赫茲。周期T可以由下面的公式可知：TR1*R2*lnC.選擇了R7=130K，R9=6K,C16=10uF 得1秒的震蕩時間。3.2 計時模塊計時電路，采用74LS192該芯片是同步10進制可逆計數(shù)器，具有雙時鐘輸入，可置數(shù)可清零。本次設(shè)計中我們將74LS192接成十進制和六十進制，考慮到我們要倒計時。所以我們將所有74LS192的UP端在計數(shù)時保持高電平，在秒計數(shù)的個位的74LS192：秒信號輸入接到DOWM，秒計數(shù)的十位：將輸入端 的B,C端接高電平（即輸入端接成0110），秒十位的置數(shù)LD端和借位端BO連在一起構(gòu)成6進制，再把秒個位的BO和秒十位的DOWN連在一起。當秒脈沖從秒個位的DOWN端輸入的時候秒計數(shù)的192開始從9減到0；這時，它的借位端BO會發(fā)出一個低電平到秒十位的輸入端DOWN，秒十位的計數(shù)從6變到5，一直到變?yōu)?；當高低位全為零的時候，秒十位的BO發(fā)出一個低電平信號，DOWN為零時，置數(shù)端LD等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一個DOWN脈沖來到時，計數(shù)器進入下一個循環(huán)減計數(shù)工作中。電路如下：圖3.2.1 計數(shù)模塊電路仿真3.3 報警模塊 報警電路我們將用四輸入或門和一個反相器、LED發(fā)光二極管組成。只有當所有四個數(shù)碼管之前8421碼輸入0000時，經(jīng)過或門輸出為0，而反相器形成高電平，使LED發(fā)光二極管工作發(fā)紅光。其中R13作為保護電阻保護LED發(fā)光二極管。圖3.3.1報警模塊電路仿真3.4 顯示模塊顯示電路采用了4片一位的共陰極七段數(shù)碼管（如圖4.2所示），來分別顯示計時的十位和個位，小時的十位和個位完成預(yù)置和顯示功能。數(shù)碼管的驅(qū)動電路采用的共陰極的七段譯碼器74LS48，它內(nèi)部有上拉電阻，可以直接與共陰極的數(shù)碼管相連接。 由于數(shù)碼管只用顯示09的數(shù)字，則LT、LBI、BI/RBO三個腳都接高電平，A B C D 四個輸入端連接74LS192的輸出，就能顯示出預(yù)置的時間和定時的剩余時間。其連接電路圖如圖4.1所示： 此外我們設(shè)計出一個要用一個發(fā)光二極管顯示秒的過程的電路。我們從555的OUT口接一個300的電阻再接發(fā)光二極管，當OUT口在輸出0、1信號（高低電平）從而使發(fā)光二極管隨輸入脈沖一閃一亮，顯示秒的變化。如圖：圖3.4.1 顯示模塊電路圖3.4.2 脈沖電路輸出顯示電路仿真3.5 預(yù)設(shè)時間電路設(shè)計在預(yù)設(shè)時間的模塊中，我使用了兩個四位撥碼開關(guān)、74LS192D等元件來完成工作。其中J6完成第一個數(shù)碼管的置數(shù)，J3完成第二個數(shù)碼管的置數(shù)。我發(fā)現(xiàn)，在實際應(yīng)用中，真正在小時這一數(shù)量級進行定時的時候很少會使用到單獨的分鐘，于是我決定將分鐘和小時分開，或者說用兩種不同的倒數(shù)計時模式來使其工作，后面詳述。在本電路中，通過撥碼的8421碼通過ABCD四個輸入端，經(jīng)由74LS192D來進行置數(shù)，在了解到此芯片的功能表后，我們在電路的起始端處于暫停狀態(tài)時對其進行置數(shù)，在撥碼開關(guān)四個撥碼向上向下表示1、0時，8421碼對應(yīng)的二進制數(shù)在經(jīng)過譯碼器輸出到數(shù)碼管顯示對應(yīng)數(shù)字。后面根據(jù)電路原理，將會從置數(shù)的位置進行倒數(shù)。圖3.5.1 預(yù)設(shè)時間電路仿真3.6 啟動/停止電路設(shè)計 在啟動（開始）和暫停的兩個功能中，主要針對了555定時器為基礎(chǔ)的時鐘脈沖輸出模塊進行相應(yīng)的限制從而使電路完成預(yù)想功能。在電路中，我們使用了一個三鍵開關(guān)用來在電源和地進行轉(zhuǎn)換控制對555芯片的/RST（復位引腳或稱直接清零端）接高低電平，當?shù)碗娖綍r則時基電路不工作，此時不論TRI、THR處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。從而控制脈沖輸出來達到控制整個電路的目的。圖3.6.1 啟動停止電路仿真3.7 控制電路設(shè)計 控制電路中分為控制小時和分鐘的兩個部分。前者J1接右端，可以看作四個74LS192D芯片控制秒位和分鐘位，則進位時產(chǎn)生的脈沖信號會直接對第四個芯片產(chǎn)生作用，使得秒這一單位直接在數(shù)碼管顯示減少。后者J1接左端，可以看作六個74LS192D芯片，而數(shù)碼管卻只顯示分鐘位和小時位，秒位則不再顯示卻仍然在脈沖的觸發(fā)下進行相應(yīng)的進位轉(zhuǎn)換等工作。相應(yīng)的電路圖如下：圖3.7.1 控制電路仿真3.8 設(shè)計電路圖圖3.8.1 總電路仿真4 實物焊接與調(diào)試、結(jié)果記錄4.1 總原則以每個模塊為基準先焊接起來，最后將不同模塊連接在一起。4.2 電源的設(shè)計4.2.1 方案一用電池盒和四節(jié)五號干電池組成6V的直流電源。4.2.2 方案二用一個變壓器把220V的家用交流電壓變?yōu)?8V的小電壓。利用二極管單向?qū)ǖ脑?，用四個二極管構(gòu)成一個橋式整流電路，對交流電進行半波整形，再經(jīng)過一個電容對其整形，變成供這個近似直流的電壓，但由于還有許多文波，再用一個穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管變成6V的穩(wěn)定直流電壓，供這個電路的使用。從圖上看,變壓器輸入端經(jīng)過一個保險連接電源插頭,如果變壓器或后面的電路發(fā)生短路，保險內(nèi)的金屬細絲就會因大電流引發(fā)的高溫溶化后斷開。變壓器后面由4個二極管組成一個橋式整流電路，整流后就得到一個電壓波動很大的直流電源，所以在這里接一個300歐的電阻限流。 變壓器輸出端的18V電壓，因為這時候的輸出的電流不穩(wěn)定需要一個用一個100UF的電容來濾波。最后要在電路中加一個穩(wěn)壓二極管進行最后的穩(wěn)壓。之后會輸出穩(wěn)定的6V電壓，供電路使用。圖4.4.2.1 電源電路4.3 焊接中遇到的問題為了能更簡便地使用杜邦線進行直插操作，我在電路板底下對每個芯片的接地端和電源端（或和電源及地等電位端）進行了短接并在某一位置進行了整合，引出兩根線與電源正負極相接。另外在板子上的最外面一圈是短路的，于是對板子上芯片的限制比較大，在焊接接近尾聲的時候才注意到這點，于是將數(shù)碼管的上端的排針全部接到板子背面后將線也這樣插在排針上面來解決。4.4 實物圖圖4.4.1 實物正面圖圖4.4.2 實物反面圖4.5 實物電路出現(xiàn)的問題及解決方案鑒于時間和經(jīng)費原因，在電路出了少許問題后，發(fā)現(xiàn)了問題但是并沒有能及時解決。以下列出出現(xiàn)的問題與解決方案以供查閱。1. 問題：復位開關(guān)可以設(shè)置時間，但是在計數(shù)時若按下復位開關(guān)會導致計數(shù)器并不復位而是持續(xù)不斷的減位。解決方案：觀察復位開關(guān)的功能，重新對引腳接線。2. 問題：減位不能正常工作，如在01:00，下一個顯示的卻是00:89，解決方案：可能是芯片之間接線的問題，重新調(diào)整對進位控制的芯片（74LS192）的引腳，使其能夠符合功能。3. 問題：在調(diào)整到以小時計數(shù)的功能時，會出現(xiàn)跳位不穩(wěn)定的問題。解決方案：可能是芯片本身的問題，更換芯片。接線錯誤，檢查錯誤并更正。5 前景展望傳統(tǒng)的定時器絕大部分都是發(fā)條驅(qū)動式、電機傳動式或電鐘式等機械電器，部分電子器械鐘也有使用時間繼電器的。相對于傳統(tǒng)的定時器，電子定時器的體積小、重量輕、造價低、精度高、壽命長而且安全可靠、調(diào)整方便、適于頻繁使用。所以電子定時器的發(fā)展必定大有前途。同時隨著先自愛電子技術(shù)的發(fā)展，定時器也在不斷的進步，朝更多用途、更高精度、更小體積的方向發(fā)展著。6 心得體會學以致用，通過這么幾天的24小時計時器的設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)將書本的知識利用在實踐中是一件十分享受的事情。在整個過程中，我尋找了很多幫助，如同學、老師、書籍、網(wǎng)絡(luò)，讓人高興的是，目的符合預(yù)期，雖然其中困難不少，但是經(jīng)過變通都相應(yīng)的解決了。我認為數(shù)字電子電路課程設(shè)計是一個非常有用的實踐活動，它使我在解決實際問題的過程中學會了合作、查詢、即時學習等能力。如對Multism仿真軟件的使用、電路板的焊制、元件的選配。在當前的競爭性社會中，這是一筆寶貴的經(jīng)驗和財富，我將一直珍惜。在電路的焊接中出現(xiàn)了很多問題，有的在發(fā)現(xiàn)后已經(jīng)及時解決，但是有的卻因為缺乏幫助和有效的資料不能解決，這也是個電路焊接和課程設(shè)計中的遺憾。希望能夠以后能夠更加注意到課設(shè)的重要性并得到更多老師或者相關(guān)渠道技術(shù)上的支持與幫助。參考文獻1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部