可預置定時電路課程設計

1、電子課程設計可預置定時電路學院：電子信息工程學院 專業(yè)班級：自動化 101502 姓名：楊繼成 學號： 201015040222 指導教師：閆曉梅 2012年 12月目錄一：設計任務與要求 3二：總體框圖 3三：選擇器件 3四：功能模塊? 12五：總體設計電路圖? 17可預置定時電路一：設計任務與要求 1：設計一個可靈活預置時間的設計電路，要求具有時間顯示功能，能準確預置 和清零，計時范圍為 099 秒，兩位數(shù)字顯示，計時間隔 1 秒。 2：設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停 | 連續(xù)計時。 3：要求計時電路遞減計時，間隔一秒，計時器減一。4：當計時器遞減時間到零（即定時時間到

2、）時，顯示器上顯示 00，同時發(fā)出光 電報警信號。二：總體框圖定時器由啟動電路、秒脈沖發(fā)生器、預置輸入電路、計數(shù)器、譯碼顯 示電路、報警電路和控制電路共 7 部分組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成計時功能，而控 制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、暫停 / 連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路 的顯示與滅燈，定時時間到報警等功能。通過設置開關或按鍵電路可以對定 時時間進行預置，這部分需要編碼器。通過編碼后，送到計數(shù)器預置端作為 計數(shù)的時間。根據(jù)題目要求這部分應采用減計數(shù)。在計數(shù)同時，還需要對所 計時間進行顯示，所以需要譯碼顯示電路，顯示器用 LED。對于本模塊的器件選用， 計數(shù)器選用

3、74LS192 進行設計較為簡便， 74LS192 是十進制可編程同步加 |減計數(shù)器，它采用 8421 碼二十進制編碼，并具有 直接清零、置數(shù)、加 | 減計數(shù)功能。報警電路在實驗中也可以用發(fā)光二極管來代替圖1 總體框圖三：選擇器件：表 1 所選擇的器件列表型號名稱數(shù)目74LS00十進制加法計數(shù)器374LS192十進制可逆計數(shù)器2555 定時器國產(chǎn)雙極型定時器1LED數(shù)碼顯示器274LS00二輸入與非門274LS04非門（ 反相器）174LS10三輸入與非門174LS190同步可預置十進制加減計數(shù)器31. 同步十進制可逆 74LS19274LS192 是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并

4、具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖2 74LS192 的引腳排列及邏輯符號圖中： 為置數(shù)端， 為加計數(shù)端， 為減計數(shù)端， 為非同步進位 輸出端， 為非同步借位輸出端， P0、P1、 P2、P3 為計數(shù)器輸入端， 為 清除端， Q0、Q1、Q2、Q3 為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下：表 2:74LS192 功能表2：555 定時器結(jié)構(gòu)如圖：圖 3 555 定時器結(jié)構(gòu)圖功能表如下圖所示：表 3 555 定時器功能表3：74LS04： 仔細觀察一下圖中給出的三極管開關電路即 可發(fā)現(xiàn)，當輸入為高電平時輸 出等于低電平， 而輸入為低電平時輸出等于高電平。 因此輸出與輸入的電平之間 是反向

5、關系，它實際上就是一個非門。 （亦稱反向器）。當輸入信號為高電平時，應保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電 平接近于零。 為此，電路參數(shù)的配合必須合適， 保證提供給三極的基極電流大于 深度飽和的基極電流。設計電路所用的芯片是 74LS04，如下圖所示：六位反相器 74ls04 引腳圖：圖 4：六位反相器 74LS04 引腳圖 功能表：表 4 74LS04 功能表圖 5 74LS04 邏輯符號和邏輯函數(shù)式 4:74LS00 四二輸入與非門：74LS00 是四 2 輸入與非門，其邏輯功能表如下： 與非門邏輯功能表：表 5 與非門邏輯功能表74LS00內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如下圖：圖 6 74LS00 內(nèi)

6、部結(jié)構(gòu)與非門邏輯符號如下：圖 7 74LS00 邏輯符號74LS00 管腳圖如下：圖 8 74LS00 管腳圖5：基本 RS觸發(fā)器：電路結(jié)構(gòu)：把兩個與非門 G1、G2 的輸入、輸出端交叉連接， 即可構(gòu)成基本 RS 觸發(fā)器， 其邏輯電路如圖 12(a) 所示。它有兩個輸入端 R、S 和兩個輸出端 Q、Q。工作原理基本 RS 觸發(fā)器的邏輯方程為：根據(jù)上述兩個式子得到它的四種輸入與輸出的關系1) .當R=1、S=0 時，則Q=0,Q=1,觸發(fā)器置 1。2) . 當 R=0、S=1 時，則 Q=1,Q=0,觸發(fā)器置 0。 如上所述，當觸發(fā)器的兩個輸入端加入不同邏輯電平時，它的兩個輸出端 Q 和Q 有兩

7、種互補的穩(wěn)定狀態(tài)。 一般規(guī)定觸發(fā)器 Q 端的狀態(tài)作為觸發(fā)器的狀態(tài)。 通 常稱觸發(fā)器處于某種狀態(tài)，實際是指它的 Q 端的狀態(tài)。 Q=1、Q=0 時，稱觸發(fā)器 處于1 態(tài)，反之觸發(fā)器處于 0 態(tài)。 S=0,R=1 使觸發(fā)器置 1，或稱置位。因置位的 決定條件是 S=0,故稱S 端為置1 端。R=0,S=1 時，使觸發(fā)器置 0，或稱復位。 同 理，稱R 端為置0 端或復位端。若觸發(fā)器原來為 1 態(tài)，欲使之變?yōu)?0 態(tài)，必須令 R 端的電平由 1 變 0，S 端的電平由 0 變 1。這里所加的輸入信號（低電平）稱為 觸發(fā)信號，由它們導致的轉(zhuǎn)換過程稱為翻轉(zhuǎn)。由于這里的觸發(fā)信號是電平 , 因此 這種觸發(fā)器

8、稱為電平控制觸發(fā)器。從功能方面看，它只能在 S 和R 的作用下置 0 和置 1，所以又稱為置 0 置1 觸發(fā)器，或稱為置位復位觸發(fā)器。其邏輯符號如圖 7.2.1（b） 所示。由于置0 或置1 都是觸發(fā)信號低電平有效， 因此，S 端和R 端都 畫有小圓圈。3）. 當R=S=1 時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。 觸發(fā)器保持狀態(tài)時，輸入端都加非有效電平（高電平） ，需要觸發(fā)翻轉(zhuǎn)時，要求 在某一輸入端加一負脈沖，例如在 S 端加負脈沖使觸發(fā)器置 1，該脈沖信號回到 高電平后，觸發(fā)器仍維持 1 狀態(tài)不變，相當于把 S 端某一時刻的電平信號存儲起 來，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶功能。4）. 當R=S=0 時，觸發(fā)器狀

9、態(tài)不確定 在此條件下，兩個與非門的輸出端 Q 和Q 全為1，在兩個輸入信號都同時撤去 （回 到 1）后，由于兩個與非門的延遲時間無法確定，觸發(fā)器的狀態(tài)不能確定是1 還是0, 因此稱這種情況為不定狀態(tài)，這種情況應當避免。從另外一個角度來說， 正因為 R 端和 S 端完成置 0、置 1 都是低電平有效，所以二者不能同時為 0 表 5 觸發(fā)器功能表綜上所述，對同步 RS 觸發(fā)器歸納為以下幾點：1. 同步RS 觸發(fā)器具有置位、復位和保持（記憶）功能；2）. 同步RS 觸發(fā)器的觸發(fā)信號是高電平有效，屬于電平觸發(fā)方式；3）. 同步RS 觸發(fā)器存在約束條件，即當 R=S=1 時將導致下一狀態(tài)的不確定；4）.

10、 觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)被控制在一個時間間隔內(nèi)， 在此間隔以外的時間內(nèi)， 其狀 態(tài)保持不變。6:74LS10 三輸入與非門：74LS10三輸入與非門內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如下：圖 10 74LS10 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖74LS10引腳圖：圖 11 74LS10 引腳圖7:74LS190 同步可預置數(shù)十進制加減計數(shù)器74LS190同步可預置數(shù)十進制加減計數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖：74LS74190功能表：輸入輸出CTENLOADD/UDCBACP0dcba異步預置10加計數(shù)011減計數(shù)11保持表六： 74LS190 功能表74LS190動作時序圖：圖 12 74LS190 動作時序圖74LS190是同步可預置數(shù)加減十進制計數(shù)

11、器，符號與動作時序圖如上圖，它具有 異步指數(shù)端、加減控制端 D/U 和計數(shù)控制端 CTEN，為了方便級聯(lián)，設 置了兩個級聯(lián)輸出端 RCO和 MAX/MIN。 其各個控制端功能詳見其功能表（上表）四：功能模塊1：秒脈沖發(fā)生電路：首先 設計定時電路 由于 555 定時芯片是一種常用的定時芯片 且課堂中學 習過，原理簡單易懂，因此選用 555 芯片來產(chǎn)生時鐘脈沖信號。如下圖所示 用 555定時器和 74ls190 芯片 經(jīng)過 3次分頻 將 1khz分頻成為 1hz 即為 1s 即1s 定時電路設計成功圖 13 秒脈沖發(fā)生電路通過測量器輸出端產(chǎn)生的波形如下圖所示：圖 14 秒脈沖波形圖2：輔助預置電路

12、： 為了保證系統(tǒng)的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號之間的 時序關系，從系統(tǒng)控制要求可知，控制電路要完成以下 4 項功能。（ 1） 操作“直接清零”開關時，要求計數(shù)器清零。（ 2） 閉合“啟動”開關時，計數(shù)器應完成置數(shù)功能，顯示器顯示預置數(shù) 據(jù)；斷開“啟動”開關時，計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)。（3） 當“暫停 | 連續(xù)”開關處于“暫?！蔽恢脮r，控制電路封鎖時鐘脈沖 信號 CP，計數(shù)器暫停計數(shù)，顯示器上保持原來的數(shù)不變，當“暫停 | 連續(xù)”開關處于“連續(xù)”位置時，計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。另外，外 部開關都應采取去抖動措施，以防止機械抖動造成電路工作不穩(wěn)定。（ 4） 當計數(shù)器遞減計數(shù)到零（即定

13、時時間到）時，控制電路應發(fā)出報警信 號，使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變，同時報警電路工作。圖 19 為置數(shù)控制電路， LD 接74LS192 的預置數(shù)控制端，當開關 S1 合上時， LD=0,74LS192 進行置數(shù)，當 S1 斷開時， LD=1, 74LS192 處于計數(shù)工作 狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（ 2）的要求。圖 20 是時鐘脈沖信號 CP 的控制電路，控制CP 的放行與禁止。當定時時間未到時， 74LS192 的借位輸出信號 BO2=1, 則CP 信號受“暫停 |連續(xù)”開關 S2 的控制，當S2 處于“暫?！蔽恢脮r，門 G3 輸出0，門G2 關閉，封閉 CP 信號，計數(shù)器暫停計數(shù)；當 S2 處于“

14、連續(xù)” 位置時，門 G3 輸出1，門G2 打開，放行CP 信號，計數(shù)器在 CP 作用下，繼續(xù)累計計數(shù)。定時時間到時， BO2=0，門G2 關閉，封鎖 CP 信號，計數(shù)器保持 零狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)了功能（ 3）（4）的要求。注意： BO2 是脈沖信號，只 有在 CPD 保持為低電平時， BO2 輸出的低電平才能保持不變。至于功能（ 1） 的要求，可通過控制 74LS192 的異步清零端 CR 實現(xiàn)。報警電路在實驗中也可以 用發(fā)光二極管來代替。啟動，暫停 |連續(xù)計時電路（控制開關即可現(xiàn)啟動、暫停 | 連續(xù)計時功能）：圖 15 啟動、暫停 |連續(xù)控制電路3）預置、計數(shù)、顯示電路 通過設置開關或按鍵電

15、路可以對定時時間進行預置，這部分需要編碼器。通 過編碼后， 送到計數(shù)器預置端作為計數(shù)的時間。 根據(jù)題目要求這部分應采用減計 數(shù)。在計數(shù)同時，還需要對所計時間進行顯示，所以需要譯碼顯示電路，顯示器 用LED。對于本模塊的器件選用，計數(shù)器選用 74LS192 進行設計較為簡便， 74LS192 是十進制可編程同步加 |減計數(shù)器，它采用8421 碼二十進制編碼， 并具有直接清零、置數(shù)、加| 減計數(shù)功能。（控制左側(cè)開關可實現(xiàn)清零，控制右側(cè)開關可實現(xiàn)對0到99內(nèi)的任意數(shù)進行預置數(shù)）圖：圖 16 預置，計數(shù)，顯示電路在其輸入端接入單刀雙擲開關控制器高低電平可實現(xiàn)其預置數(shù)功能，如圖：圖 17 預置、計數(shù)、顯

16、示電路如下圖預置 77：圖 18 對計數(shù)器預置數(shù)目 77總體設計如下圖所示：圖 19 總體設計圖五：總體設計電路圖：可預置的定時顯示報警系統(tǒng)總體參考電路如下圖 所示， 555 定時器組成的多諧振蕩器經(jīng)過 74LS190分頻輸出得到秒脈沖信號，作為計數(shù)器的時鐘脈沖；預 置時間用開關控制，其輸出通過開關預置輸入，預置了計數(shù)器所要計數(shù)的時 間。通過閉合啟動開關將預置數(shù)譯碼顯示， 計數(shù)器開始遞減計數(shù)，同時譯碼器 譯碼顯示遞減數(shù)據(jù)， 當計數(shù)器計數(shù)遞減到 00 發(fā)出信號報警 （燈由滅變亮）。電路 在工作過程中，可以撥動暫停和連續(xù)開關對計數(shù)過程進行控制。圖 20 總體設計電路圖閉合預置數(shù)開關，調(diào)節(jié)預置數(shù)的數(shù)值，可以實現(xiàn)對 0到99范圍內(nèi)任意數(shù)值對計時器進行預置數(shù)，