定时控制器逻辑电路设计知识讲解

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

.设计任务

设计一个带数字电子钟的定时控制器逻辑电路。

.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

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10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。

显示器

译码器

校时电路

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

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8421BCDS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8421BCD3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8421BCD3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8421BCD3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，

220pF

C1

HH

R1 R26-32.768kH

J10M Q

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220pF

U

06 8 5O

1 0B

O

D .

6

5V 5

O

2 J

GND

£ -GND

r R

」

>1CLK VCC 1K ~1CL 1J ~2CL

~1PRE 2CLK 1Q 2K ~1Q 2J ~2Q ~2PR

GND

2Q

5V

CC

Key = Space

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。

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

2 1 O

74LS112N

'12

_11 E10 8 U2

_2_

_3_

5 -6C ■7 VCC

V S1