數(shù)電課設(shè)-24小時(shí)定時(shí)電路

19/22摘要時(shí)間，是人類永恒的話題。隨著科技的進(jìn)步與生活方式的改變，人類發(fā)明了種類繁多的計(jì)時(shí)器。從原始的太陽(yáng)鐘到現(xiàn)在精確度可達(dá)50億年誤差一秒的原子鐘，計(jì)時(shí)器追隨者人類的進(jìn)步的步伐，經(jīng)歷了計(jì)時(shí)精度由模糊到精確的過(guò)程。而計(jì)時(shí)器的種類也經(jīng)歷了從單一型到多樣化的蛻變。計(jì)時(shí)器，見(jiàn)證著人類的發(fā)展與文明。本文將著手于基礎(chǔ)555定時(shí)器構(gòu)成1s時(shí)鐘脈沖電路進(jìn)而對(duì)24小時(shí)撥碼可設(shè)置時(shí)間電路的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：555定時(shí)器，撥碼開(kāi)關(guān)，設(shè)置時(shí)間，24小時(shí)AbstractTimeistheeternaltopicofmankind.Withtheprogressofscience，technologyandthechangeoflifestyle,mankindinventedagreatvarietyoftimers.Fromtheprimitivesolarclocktothepresent,anatomicclockwithanaccuracyofupto5billionyears,atimer,afollower,theprogressofmankind,hasundergonetheprocessofblurringtheaccuracyoftimefromtheprecisetotheprecise.Andthetypesoftimershaveundergoneametamorphosisfromsingletypetovariety.Timer,witnessedthedevelopmentandcivilizationofmankind.Thispaperwillstartwiththebasic555timertoformthe1sclockpulsecircuit,andthensetthetimecircuitforthe24hourdialingcode.Keywords:555timer,dialcodeswitch,settime,24hours目錄1緒言 11.1課題的來(lái)源和意義 11.2電子定時(shí)器的應(yīng)用 12方案設(shè)計(jì)及認(rèn)證 33單元電路設(shè)計(jì) 43.1秒信號(hào)發(fā)生器電路 43.2計(jì)時(shí)模塊 53.3報(bào)警模塊 63.4顯示模塊 73.5預(yù)設(shè)時(shí)間電路設(shè)計(jì) 83.6啟動(dòng)/停止電路設(shè)計(jì) 93.7控制電路設(shè)計(jì) 103.8設(shè)計(jì)電路圖 124實(shí)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(jì) 134.3焊接中遇到的問(wèn)題 144.4實(shí)物圖 154.5實(shí)物電路出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案 165前景展望 186心得體會(huì) 19參考文獻(xiàn) 201緒言我們?cè)谌粘Ｉ钪?，?jīng)常會(huì)碰到一些需要定時(shí)的事情，例如：印相和放大圖片，需要定時(shí)在零點(diǎn)幾秒的時(shí)間，洗衣機(jī)洗滌衣服需要定時(shí)在幾分鐘到幾十分鐘的時(shí)間，電風(fēng)扇需要定時(shí)數(shù)十分鐘的時(shí)間。完成這種定時(shí)的定時(shí)器有多種多樣，在家用電器中采用機(jī)械定時(shí)器就是根據(jù)一般上弦鐘表原理設(shè)計(jì)的，這種定時(shí)器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，維修也比較簡(jiǎn)單，但是它的觸頭頻繁接觸和斷開(kāi)，大大的縮減了它的使用壽命，也不利于進(jìn)一步全自動(dòng)化。在電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，電子計(jì)時(shí)器一定會(huì)逐步取而代之，這是不言而喻的。本文是基于74LS192、555定時(shí)器設(shè)計(jì)的定時(shí)器。1.1課題的來(lái)源和意義課程設(shè)計(jì)課題是老師提出的，電子定時(shí)設(shè)計(jì)課題不一定很大，但需要通過(guò)親手做一遍全過(guò)程，完成一個(gè)產(chǎn)品制作，這個(gè)過(guò)程的收獲是很大的。為了在生活中更具實(shí)用意義，我們?cè)诙ㄏ鲁跗谀繕?biāo)的時(shí)候特地簡(jiǎn)化了功能。1.2電子定時(shí)器的應(yīng)用電子定時(shí)器在家用電器中經(jīng)常用于延時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)、定時(shí)。延時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)可用于：收音機(jī)、電視機(jī)、錄音機(jī)、催眠器、門燈、路燈、汽車頭燈、轉(zhuǎn)彎燈以及其他電器的延時(shí)斷電及延時(shí)自停電源等。定時(shí)可用于：照相定時(shí)曝光、定時(shí)閃光、定時(shí)放大、延時(shí)催眠器、延時(shí)電鈴、延時(shí)電子鎖、觸摸定時(shí)開(kāi)關(guān)等。例如：空調(diào)中的定時(shí)器，在工作一段時(shí)間之后便能自動(dòng)斷開(kāi)電源停止工作。夏季夜間使用，入睡前先定好時(shí)間，等熟睡后就到了預(yù)定時(shí)間，空調(diào)自動(dòng)關(guān)機(jī)，方便節(jié)能。定時(shí)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(dá)到定時(shí)時(shí)間后會(huì)給出提示，極大地方便了用戶操作。2方案設(shè)計(jì)及認(rèn)證本設(shè)計(jì)電路要求具有顯示報(bào)警功能，因而所需要的模塊含有時(shí)鐘脈沖模塊、計(jì)時(shí)模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、設(shè)時(shí)模塊、控制模塊六大模塊共同構(gòu)成。其中，時(shí)鐘脈沖模塊用于產(chǎn)生頻率為1Hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)模塊用來(lái)記錄經(jīng)歷的時(shí)間，顯示模塊用來(lái)直觀顯示經(jīng)歷的時(shí)間，報(bào)警模塊用來(lái)當(dāng)預(yù)置時(shí)間倒數(shù)完畢時(shí)的報(bào)警提示，設(shè)時(shí)模塊用來(lái)設(shè)置需要的時(shí)間，控制模塊用以控制電路的開(kāi)始與暫停以及電路的兩種計(jì)時(shí)方式（小時(shí)計(jì)數(shù)、分鐘計(jì)數(shù)）。具體關(guān)系如下圖所示：時(shí)鐘脈沖模塊時(shí)鐘脈沖模塊控制模塊控制模塊計(jì)數(shù)模塊顯示模塊計(jì)數(shù)模塊顯示模塊報(bào)警模塊設(shè)時(shí)模塊報(bào)警模塊設(shè)時(shí)模塊圖2.1模塊關(guān)系總圖3單元電路設(shè)計(jì)3.1秒信號(hào)發(fā)生器電路秒信號(hào)發(fā)生器采用555定時(shí)器，555定時(shí)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(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器。555定時(shí)器包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3。其秒信號(hào)發(fā)生電路如下圖所示：圖3.1.1脈沖電路仿真圖VCC通過(guò)對(duì)R1、R2向電容充電。電容上得到電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電容上的電壓上身到2/3VCC時(shí)，輸電壓VO為零，電容放電。當(dāng)電壓下降到1/3VCC時(shí)，輸出電平為高電平，電容放電結(jié)束。這樣周而復(fù)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：T＝R1*R2*lnC.選擇了R7=130K，R9=6K,C16=10uF得1秒的震蕩時(shí)間。3.2計(jì)時(shí)模塊計(jì)時(shí)電路，采用74LS192該芯片是同步10進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，具有雙時(shí)鐘輸入，可置數(shù)可清零。本次設(shè)計(jì)中我們將74LS192接成十進(jìn)制和六十進(jìn)制，考慮到我們要倒計(jì)時(shí)。所以我們將所有74LS192的UP端在計(jì)數(shù)時(shí)保持高電平，在秒計(jì)數(shù)的個(gè)位的74LS192：秒信號(hào)輸入接到DOWM，秒計(jì)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(jìn)制，再把秒個(gè)位的BO和秒十位的DOWN連在一起。當(dāng)秒脈沖從秒個(gè)位的DOWN端輸入的時(shí)候秒計(jì)數(shù)的192開(kāi)始從9減到0；這時(shí)，它的借位端BO會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平到秒十位的輸入端DOWN，秒十位的計(jì)數(shù)從6變到5，一直到變?yōu)?；當(dāng)高低位全為零的時(shí)候，秒十位的BO發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)，DOWN為零時(shí)，置數(shù)端LD等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一個(gè)DOWN脈沖來(lái)到時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)減計(jì)數(shù)工作中。電路如下：圖3.2.1計(jì)數(shù)模塊電路仿真3.3報(bào)警模塊報(bào)警電路我們將用四輸入或門和一個(gè)反相器、LED發(fā)光二極管組成。只有當(dāng)所有四個(gè)數(shù)碼管之前8421碼輸入0000時(shí)，經(jīng)過(guò)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(hù)電阻保護(hù)LED發(fā)光二極管。圖3.3.1報(bào)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(lái)分別顯示計(jì)時(shí)的十位和個(gè)位，小時(shí)的十位和個(gè)位完成預(yù)置和顯示功能。數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)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0—9的數(shù)字，則LT、LBI、BI/RBO三個(gè)腳都接高電平，ABCD四個(gè)輸入端連接74LS192的輸出，就能顯示出預(yù)置的時(shí)間和定時(shí)的剩余時(shí)間。其連接電路圖如圖4.1所示：此外我們?cè)O(shè)計(jì)出一個(gè)要用一個(gè)發(fā)光二極管顯示秒的過(guò)程的電路。我們從555的OUT口接一個(gè)300的電阻再接發(fā)光二極管，當(dāng)OUT口在輸出0、1信號(hào)（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(shí)間電路設(shè)計(jì)在預(yù)設(shè)時(shí)間的模塊中，我使用了兩個(gè)四位撥碼開(kāi)關(guān)、74LS192D等元件來(lái)完成工作。其中J6完成第一個(gè)數(shù)碼管的置數(shù)，J3完成第二個(gè)數(shù)碼管的置數(shù)。我發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中，真正在小時(shí)這一數(shù)量級(jí)進(jìn)行定時(shí)的時(shí)候很少會(huì)使用到單獨(dú)的分鐘，于是我決定將分鐘和小時(shí)分開(kāi)，或者說(shuō)用兩種不同的倒數(shù)計(jì)時(shí)模式來(lái)使其工作，后面詳述。在本電路中，通過(guò)撥碼的8421碼通過(guò)ABCD四個(gè)輸入端，經(jīng)由74LS192D來(lái)進(jìn)行置數(shù)，在了解到此芯片的功能表后，我們?cè)陔娐返钠鹗级颂幱跁和顟B(tài)時(shí)對(duì)其進(jìn)行置數(shù)，在撥碼開(kāi)關(guān)四個(gè)撥碼向上向下表示1、0時(shí)，8421碼對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)在經(jīng)過(guò)譯碼器輸出到數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字。后面根據(jù)電路原理，將會(huì)從置數(shù)的位置進(jìn)行倒數(shù)。圖3.5.1預(yù)設(shè)時(shí)間電路仿真3.6啟動(dòng)/停止電路設(shè)計(jì)在啟動(dòng)（開(kāi)始）和暫停的兩個(gè)功能中，主要針對(duì)了555定時(shí)器為基礎(chǔ)的時(shí)鐘脈沖輸出模塊進(jìn)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(gè)三鍵開(kāi)關(guān)用來(lái)在電源和地進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制對(duì)555芯片的/RST（復(fù)位引腳或稱直接清零端）接高低電平，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TRI、THR處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。從而控制脈沖輸出來(lái)達(dá)到控制整個(gè)電路的目的。圖3.6.1啟動(dòng)停止電路仿真3.7控制電路設(shè)計(jì)控制電路中分為控制小時(shí)和分鐘的兩個(gè)部分。前者J1接右端，可以看作四個(gè)74LS192D芯片控制秒位和分鐘位，則進(jìn)位時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)會(huì)直接對(duì)第四個(gè)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(gè)74LS192D芯片，而數(shù)碼管卻只顯示分鐘位和小時(shí)位，秒位則不再顯示卻仍然在脈沖的觸發(fā)下進(jìn)行相應(yīng)的進(jìn)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(jì)電路圖圖3.8.1總電路仿真4實(shí)物焊接與調(diào)試、結(jié)果記錄4.1總原則以每個(gè)模塊為基準(zhǔn)先焊接起來(lái)，最后將不同模塊連接在一起。4.2電源的設(shè)計(jì)4.2.1方案一用電池盒和四節(jié)五號(hào)干電池組成6V的直流電源。4.2.2方案二用一個(gè)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(gè)二極管構(gòu)成一個(gè)橋式整流電路，對(duì)交流電進(jìn)行半波整形，再經(jīng)過(guò)一個(gè)電容對(duì)其整形，變成供這個(gè)近似直流的電壓，但由于還有許多文波，再用一個(gè)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管變成6V的穩(wěn)定直流電壓，供這個(gè)電路的使用。從圖上看,變壓器輸入端經(jīng)過(guò)一個(gè)保險(xiǎn)連接電源插頭,如果變壓器或后面的電路發(fā)生短路，保險(xiǎn)內(nèi)的金屬細(xì)絲就會(huì)因大電流引發(fā)的高溫溶化后斷開(kāi)。變壓器后面由4個(gè)二極管組成一個(gè)橋式整流電路，整流后就得到一個(gè)電壓波動(dòng)很大的直流電源，所以在這里接一個(gè)300歐的電阻限流。變壓器輸出端的18V電壓，因?yàn)檫@時(shí)候的輸出的電流不穩(wěn)定需要一個(gè)用一個(gè)100UF的電容來(lái)濾波。最后要在電路中加一個(gè)穩(wěn)壓二極管進(jìn)行最后的穩(wěn)壓。之后會(huì)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(wèn)題為了能更簡(jiǎn)便地使用杜邦線進(jìn)行直插操作，我在電路板底下對(duì)每個(gè)芯片的接地端和電源端（或和電源及地等電位端）進(jìn)行了短接并在某一位置進(jìn)行了整合，引出兩根線與電源正負(fù)極相接。另外在板子上的最外面一圈是短路的，于是對(duì)板子上芯片的限制比較大，在焊接接近尾聲的時(shí)候才注意到這點(diǎn)，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(lái)解決。4.4實(shí)物圖圖4.4.1實(shí)物正面圖圖4.4.2實(shí)物反面圖4.5實(shí)物電路出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案鑒于時(shí)間和經(jīng)費(fèi)原因，在電路出了少許問(wèn)題后，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題但是并沒(méi)有能及時(shí)解決。以下列出出現(xiàn)的問(wèn)題與解決方案以供查閱。問(wèn)題：復(fù)位開(kāi)關(guān)可以設(shè)置時(shí)間，但是在計(jì)數(shù)時(shí)若按下復(fù)位開(kāi)關(guān)會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)器并不復(fù)位而是持續(xù)不斷的減位。解決方案：觀察復(fù)位開(kāi)關(guān)的功能，重新對(duì)引腳接線。問(wèn)題：減位不能正常工作，如在01:00，下一個(gè)顯示的卻是00:89，解決方案：可能是芯片之間接線的問(wèn)題，重新調(diào)整對(duì)進(jìn)位控制的芯片（74LS192）的引腳，使其能夠符合功能。問(wèn)題：在調(diào)整到以小時(shí)計(jì)數(shù)的功能時(shí)，會(huì)出現(xiàn)跳位不穩(wěn)定的問(wèn)題。解決方案：可能是芯片本身的問(wèn)題，更換芯片。接線錯(cuò)誤，檢查錯(cuò)誤并更正。5前景展望傳統(tǒng)的定時(shí)器絕大部分都是發(fā)條驅(qū)動(dòng)式、電機(jī)傳動(dòng)式或電鐘式等機(jī)械電器，部分電子器械鐘也有使用時(shí)間繼電器的。相對(duì)于傳統(tǒng)的定時(shí)器，電子定時(shí)器的體積小、重量輕、造價(jià)低、精度高、壽命長(zhǎng)而且安全可靠、調(diào)整方便、