一款由CMOS数字集成电路构成的定时器Word文档格式.docx
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通用电子定时器的制作
苏州大学应用技术学院丁海峰
(指导老师:
邱国平)
摘要
本文主要介绍了一款由CMOS数字集成电路构成的定时器的工作原理及制作过程,实现了自动控制功能。
给人们的家庭生活及工农业生产中带来了很大的方便。
关键词:
数字集成;
定时;
控制
Abstract
ThistextmainlyintroducedaconstitutescertainlyfromthenumericalintegratedcircuitofCMOSthemachineofhourofworkprincipleandtheManufactureprocess,carriedoutthefunctionoftheautomaticcontrol.Givepeopleofhomelifeandwork,agricultureproducedtowintobringtheverybigconvenience.
Keywords:
digitalintegrated;
settlethehour;
control
前言
近几年来,随着电子技术、计算机网络通信技术、自动控制技术、电力电子
技术和可靠性理论的迅速发展,特别是大规模集成电路的出现,给人类生活带
来了根本性的变化。
集成电路的出现,使电子定时器产生了质的飞跃,无论在控制方式,控制
功能,还是工作可靠性上都有极大的提高。
定时器在人们的家庭生活中已得到
广泛应用,比如控制电路、照明灯、微波炉、洗衣机等。
定时器在工、农业生
产中也得到了广泛的应用,比如控制工地及车间照明灯、大型锅炉等。
这里介绍了一款用数字集成电路,如振荡及分频电路、多级脉冲分配电路
等为主要元件制作而成的电子定时器。
这个电路使用到的数字集成电路有分频
器、RC振荡器等,虽然使用的集成块较多、电路连线及制作比较复杂,但是
它却是一款非常实用的电路,它不需人为控制,在一般情况下,定时电路不需
要有人的参与,定时系统能自动实现开关功能。
这在某一程度上减少了管理人
员的数量,而且各集成块造价低廉,电路操作安全方便,可靠性强,可用于家
庭生活及工、农业生产中。
第1章课题分析、方案论证
1.1课题分析
随着经济的发展,人们对电子产品的需求也越来越多。
电子产品的生产,
给人们带来了方便,也使人们的生活质量有了很大的提高。
通用电子定时器广
泛用于家庭生活及工农业生产中的各种自动控制系统中。
电子定时器,经过预
先设定的定时时间后,电源自动切断,这种定时电路有较多的用途,在家庭生
活中主要用来控制路灯、照明灯、微波炉、洗衣机等。
在工、农业生产中主要
用来控制工地及车间照明灯、大型锅炉等十分实用。
1.2方案论证
方案一:
这种通用型电子定时器可用振荡电路、多级计数分频电路、选择开关、控
制驱动电路等CMOS数字集成电路组成。
方案二:
这种电子定时器可用单片机来实现,利用单片机的基本语言汇编语言进行
编程,通过单片机的定时器/计数器模块来完成。
考虑到定时器的制作成本,以及现有的制作条件,我选用CMOS数字集成电路制作通用电子定时器。
第2章电路的组成及工作原理
2.1电路的组成
通用电子定时器的定时范围可从1/10S到99h(小时),全部由CMOS数字
集成电路构成,耗能极低。
通用电子定时器主要由电源电路、振荡分频电路、
多级计数分频电路、选择开关、控制驱动电路四部分组成,其原理如图1—1所
示,其整体框图如图1—2所示。
图1—1电路原理图
2.2电路的工作原理
一、电源电路
电源电路如图1—3所示,它是由电源变压器T降压,二极管VD1、VD2
全波整流后供给电路的。
为了防止在定时途中交流停电,影响正常定时,特设
有直流供电自动转换电路。
当有交流电时,通过R2向蓄电池充电,使其保持
充足的电压,一旦交流电停止,电池通过VD3向电路供电。
当发光二极管LED1
发光,则表示整个电路正常工作。
电力网供给用户的是交流电,而此电路需要用直流电。
整流就是利用二极
管的单向导电性,把正、负交变的50HZ电网电压变成单方向脉动的电压。
桥式
整流电路是使用最多的一种整流电路。
这种电路,只要增加两只二极管口连接
成“桥”式结构,便具有全波整流电路的优点。
桥式整流电路如图1—4所示。
(a)D1、D3导通时的电流方向
(b)D2、D4导通时的电流方向
图1-4全波桥式整流滤波电路图
V2正半周(上正、下负极性)时,D1、D3导通,D2、D4截止。
导通电流
IL自上而下流过负载RL,V0为正的半波脉动电压,如图1—5实线波形所示。
V2为负半周(上负、下正极性)时,D2、D4导通,D1、D3截止,其导通电流
IL也是从上到下流过负载RL,因此输出电压V0也为正的半波脉动电压,如图
1—5虚线波形所示。
可见,在V2一个周期中,D1、D3和D2、D4各轮流导通
一次,完成全波整流任务。
二、振荡分频电路
振荡分频电路外部连接方法如图1—6所示,它由IC1构成。
IC1是内置振
荡器的14级二进制串行计数器CD4060,它可以将振荡频率进行2的N-1次分
频,从IC1的Q14端输出的脉冲是经过2的13次分频,可获得一个10HZ的精
确频率。
该脉冲接入S2的“1”档作为1/10S定时。
CD4060是由一振荡器和14级二进制串行计数位组成。
CD4060组成的振荡
器如图1—7所示。
振荡器的结构是RC,它由两个反相器可通过外接RC元件
组成。
振荡器输出的时钟脉冲的频率要根据需要由分频器的分频级数来决定,
无RS时,f=1/2piRC,有RC时,f=1/(2.3RtCt)。
fQ14=1/2^14f
图1-8CD4060引脚功能图
CD4060引脚功能图如图1—8所示。
R为复位端,当R为高电平时,计数器清零且振荡器停止工作。
/CP1、CP0、
/CP0实现阻容振荡,调节RP可以改变IC1内的振荡频率,从而获得不同的频
率信号输出。
CD406014级二进制串行计数器/分频器,内部带有两级反相放大器构成的内
振荡电路,其逻辑图及引脚排列如图1—9所示。
触发器FF1~FF3、FF11无输
出引出端,所以输出端仅有Y4~Y10、Y12~Y14,共十个。
因为内部触发器串接
而成,每一个触发器的输出作为下一级触发器的输入,所以每个触发器输出端
的频率为前一级的一半。
因此,利用CD4060可以获得逐级分频的脉冲信号源。
(12)脚R为复位端,当R=1时,所有触发器输出量为零状态,同时还会
使时钟禁止输入或使内部振荡器停振;
R=0时为工作状态,其功能表见表1—1.
由表1—1可知,CD4060中所有触发器均为下降沿触发。
三、多级计数分频电路、选择开关
多级计数分频电路、选择开关如图1—10所示,它由五个十进制计数/分频
器IC2,IC3,IC4,IC5,IC6进行分频,两个十进制计数分频器IC7,IC8进
行计数以及三个选择开关S3,S4组成。
IC1的Q14端输出的10HZ的频率再经IC2、IC3、IC4、IC5、IC6依次进
行10、60、100、6000、10000倍分频,这样在开关S2的6个档上分别可得到
0.1S、1S、6S、1min、6min、1h(小时)6档定时。
从Q14输出的10HZ频率作为IC2的CP输入信号,CP每得到十个脉冲
时便计数一次,其Y9输出端变为高电平,得到1S,它作为IC3的输入信号,
IC3的CP每得到六个脉冲时便计数一次,其Y5输出端变为高电平,得到6S
它作为IC4的输入信号,IC4的CP每得到十个脉冲时便计数一次,其Y9输出
端变为高电平,得到1min,它作为IC5的输入信号,IC5的CP每得到六个脉冲
时便计数一次,其Y5输出端变为高电平,得到6min,它作为IC6的输入信号
IC6的CP每得到十个脉冲时便计数一次,其Y9输出端变为高电平,得到1h。
这样就使开关S2的6个档上分别可得到的6档定时,同时它又作为下一级由IC7
、IC8级联的计数脉冲。
由IC7十位分频后从Qco输出的进位信号输入到IC8,
并通过选择开关S3、S4来对定时时间进行自由选定。
其中S3用来选择个位,
S4用来选择十位。
CD4017构成的任意整数分频电路,输入时钟脉冲CP,如果适当地将输出
端Y1—Y9分别与复位端R相连,即可得到2—9的分频信号。
电路图1—11中
是6分频电路,将输出端Y6与R相连。
每当计数器在CP脉冲作用下高电平转
移到输出端Y6时,计数器复位,接着开始另一个技术周期,输出的6分频信号
可以从Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5端输出,各相邻输出端的分频信号相差一个
时钟脉冲周期。
计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。
在此电路中采用
十进制计数/分频器CD4017,它是一种用途非常广泛的电路。
其内部由计数器
及译码器两部分组成,由译码输出实、Y9依次出现与时钟同步的高电平,宽度
等于时钟周期。
输出时序如图对脉冲信号的分配,整个输出时序就是Y0、Y1
、Y2、------图1—12所示。
CD4017有3个输入(R、CP和/EN),R为清零端,当在R端上加高电平
或正脉冲时其输出Y0为高电平,其余输出端(Y1~Y9)均为低电平。
CP是时
钟输入端,用上升沿来实现,/EN为使能端,低电平有效。
CD4017有10个输出端(Y0~Y9)和1个进位输出端Qco。
每输入10个计
数脉冲,Qco就可以得到1个进位正脉冲,该进位输出信号可作为下一级的时钟
信号。
CP端在输入时钟脉冲的上升沿计数,时钟允许端/EN为0时允许时钟脉冲
输入,为1时,禁止时钟脉冲输入。
在输入时钟脉冲的作用下,Y0—Y9的十个
输出端依次为高电平。
R为复位端,当R=1时,计数器清零,Y0为1,其余Y1
—Y9均为0。
Qco为进位输出端,CD4017计满10个数后,Qco端输出一个正
的进位脉冲。
CD4017的管脚分布如图1—13所示,CD4017的管脚排列如图1—14。
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- 一款 CMOS 数字集成电路 构成 定时器
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