定时控制器逻辑电路设计

定时控制器逻辑电路设计

作者：xxx

指导教师：xxxx xxx

[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。

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系列芯片，由分计数器、时计数器串接而成。校时电路由分频产生的1Hz脉冲输入，手动进行时和分的调整校正。再由译码器加数码管组成译码显示部分。

显示器

显示器

译码器

校时电路

译码器

分频器

晶振

图4.1.1 采用数字逻辑电路组成数字钟单元框图

方案二：采用单片机控制。采用单片机IO 端口，及其控制功能，实现数字钟单元的显时和调时等功能。其原理方框图如图4.1.2所示。

图4.1.2 采用单片机组成数字钟单元框图

2.定时器定时时间的设定

键盘控制

89C51

单片

驱动电路

LED 数字显示

方案一：可用逻辑开关（四个一组），分别置入0或1，再加译码、显示电路，就可知其所设定的具体值。例如，四位开关为“1001”，显示器即显示数字“9”。因为有译码器与数码管的组合，才能实现定时显示，故电路较为复杂。

方案二：用8421BCD码拨码开关KS系列器件，拨码开关本身可显示数字，同时输出BCD码。例如，拨码开关置成“6”，其8421端分别输出“0110”，并有数字“6”指示。该方案中，只需两组开关（每组4个8421BCD码拨码开关）即可实现定时即显示，电路简单可行。

由于仿真软件Multisim 10内，并无8421BCD码拨码开关，若仿真，则第二方案不可行，选择第一方案，第一方案电路复杂，尤其是译码器与数码管的组合，电线较为繁杂，本实验中将此部分不作为重点，定时时间设定电路单元省去译码器与数码管的电路，读取定时时间时，直接由逻辑开关读取置入数值，人为计算获得相应定时时间即可。读取方法，根据8421BCD码表，将逻辑开关置入的四位二进制数转化为0—9的十进制数。如果要将此电路做成实物成品，应当首选第二种方案，选用8421码BCD码开关，性能可靠，电路简单，成本低，容易完成。

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，若两者值相等，则输出控制脉冲，是继电器电路接通。由于定时的时间有起始时间和终止时间，所以，为了区别这两个不同信号，采用交叉供电或采用三态门进行控制。本电路采用交叉供电的方式，简单易行，只要在继电器电路中再串入一个继电器即可，由继电器的闭合与开断,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。以此来区别起始时间信号和终止时间信号。

4.继电器电路

继电器的通、断,受控制器输出控制，当“开始定时”设定值到达时，继电器应该接通。而当“定时结束”设定值到达时，继电器应断开。其定时波形如图 4.4所示。继电器的触点可接交流、直流或其他信号。

定时开始定时结束

图4.4 定时波形图

五.电路的功能单元设计

1.数字钟单元

1.1秒脉冲发生器

秒脉冲发生器是数字钟单元的核心部分，它的精度和稳定度决定数字钟的质量。通常用晶体震荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。如晶振为32768Hz，通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出。本电路由U1 CD4060分频器及U2 74LS112触发器将32768Hz的晶振进行分频，获得1Hz秒脉冲。电路图如图5.1.1所示，开关S1处输出1Hz脉冲。

图5.1.1 秒脉冲发生器

1.2分、时计数器

这一部分电路均使用中规模集成电路74LS系列实现分、时的计数。其中分为六十进制，时为二十四进制。U3，U5,U7,U8 均为74LS90十进制计数器，U4,U6 均为74LS92 十二分频计数器。秒脉冲通过U3,U4,U5和U6进行分频。其中U3和U5为74LS90十进制计数器，以“除六”方式工作。U3,U4,U5和U6的输出方波频率分别为1/10,1/60,1/600,1/3600Hz。U7和U8为二十四进制，其时间显示从00到23。其电路图如图5.1.2 所示。