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1.2电子定时器的发展前景....................................................4
1.3电子定时器的发展前景....................................................5
2.模块设计.........................................................................6
2.1秒信号发生器电路..........................................................6
2.2计时模块........................................................................8
2.3报警模块........................................................................9
2.4显示模块.......................................................................10
2.5预设时间电路设计.........................................................11
2.6启动/停止电路设计......................................................13
2.7复位电路设计......................................................................13
2.8调试................................................................................14
2.9设计电路图.....................................................................15
3.系统设计过程..............................................................17
3.1分频器模块....................................................................17
3.2秒计时模块....................................................................20
3.3分计时模块....................................................................22
3.4时计时模块....................................................................24
3.5显示模块........................................................................27
4.电源设计......................................................................29
5.总结...............................................................................31
一.概述
我们在日常生活中,经常会碰到一些需要定时的事情,例如:
印相和放大图片,需要定时在零点几秒的时间,洗衣机洗涤衣服需要定时在几分钟到几十分钟的时间,电风扇需要定时数十分钟的时间。
完成这种定时的定时器有多种多样,在家用电器中采用机械定时器就是根据一般上弦钟表原理设计的,这种定时器虽然结构简单,成本低,维修也比较简单,但是它的触头频繁接触和断开,大大的缩减了它的使用寿命,也不利于进一步全自动化。
在电子技术突飞猛进的今天,电子计时器一定会逐步取而代之,这是不言而喻的。
本文是基于74LS192设计的定时器。
1.1课题的来源和意义
论文课题是通过导师精心筛选提出的,基于单片机的电子定时设计课题不一定很大,但需要通过亲手做一遍全过程,完成一个产品制作,这个过程的收获是很大的
1.2电子定时器的应用
电子定时器在家用电器中经常用于延时自动关机、定时。
延时自动关机可用于:
收音机、电视机、录音机、催眠器、门灯、路灯、汽车头灯、转弯灯以及其他电器的延时断电及延时自停电源等。
定时可用于:
照相定时曝光、定时闪光、定时放大、延时催眠器、延时电铃、延时电子锁、触摸定时开关等。
例如:
空调中的定时器,在工作一段时间之后便能自动断开电源停止工作。
夏季夜间使用,入睡前先定好时间,等熟睡后就到了预定时间,空调自动关机,方便节能。
定时器除用于家用电器外,还广泛地用于工农业生产和服务设施,达到定时时间后会给出提示,极大地方便了用户操作。
1.3电子定时器的发展前景
传统的定时器绝大部分都是发条驱动式、电机传动式或电钟式等机械电器,部分电子器械钟也有使用时间继电器的。
相对于传统的定时器,电子定时器的体积小、重量轻、造价低、精度高、寿命长而且安全可靠、调整方便、适于频繁使用。
所以电子定时器的发展必定大有前途。
同时随着先自爱电子技术的发展,定时器也在不断的进步,朝向着更多用途、更高精度、更小体积发展着。
二.模块设计
本设计电路要求具有显示报警功能,因而所需要的模块含有时钟脉冲模块、计时模块、显示模块、报警模块、总控模块五大模块共同构成。
其中,时钟模块用于产生计数时钟,计数模块用来记录经历的时间,显示模块用来直观显示经历的时间,报警模块用来当预置时间到来时的报警提示,总控模块用来控制计时的中断与开始。
具体关系如下图所示:
2.1秒信号发生器电路
秒信号发生器采用555定时器,555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
其成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器。
555定时器包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个RS触发器,一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。
其秒信号发生电路如下图所示:
图1
VCC通过对R1、R2向电容充电。
电容上得到电压按指数规律上升,当电容上的电压上身到2/3VCC时,输电压VO为零,电容放电。
当电压下降到1/3VCC时,输出电平为高电平,电容放电结束。
这样周而复始便形成了振荡。
我们要的周期是1秒,频率是1赫兹。
周期T可以由下面的公式可知:
T=R1.R2lnC
选择了R75=15K,R76=68K,C16=10uf得1秒的震荡时间
2.2计时模块
计时电路,采用74LS192该芯片是同步10进制可逆计数器,具有双时钟输入,可置数可清零。
本次设计中我们将74LS192接成十进制和六十进制,考虑到我们要倒计时。
所以我们将所有74LS192的UP端在计数时保持高电平,在秒计数的个位的74LS192:
秒信号输入接到DOWM,秒计数的十位:
将输入端的B,C端接高电平(即输入端接成0110),秒十位的置数LD端和借位端BO连在一起构成6进制,再把秒个位的BO和秒十位的DOWN连在一起。
当秒脉冲从秒个位的DOWN端输入的时候秒计数的192开始从9减到0;
这时,它的借位端BO会发出一个低电平到秒十位的输入端DOWN,秒十位的计数从6变到5,一直到变为0;
当高低位全为零的时候,秒十位的BO发出一个低电平信号,DOWN为零时,置数端LD等于零,秒十位完成并行置数,下一个DOWN脉冲来到时,计数器进入下一个循环减计数工作中。
对于分计数来说,道理也是一样的;
只是要求,将分十位的输入端接成0101即(C和A接1,B,D接0),其他电路同上,因为在分计数的两块74LS192上都是00时,在下一个脉冲到来是,分个位先产生借位,然后秒个位变成9,与此同时分十位收到来自秒个位的脉冲而使BCD变为5,变成59符合要求,如果接成6就变成69,因此在将分十位的输入端接成0101(5)。
对与小时的话我们直接成两个10进制。
电路图如下:
图2
2.3报警模块
报警电路我们将用与门接成SR触发器,将小时十位的74LS192的借位端BO接R端,S端接来自启动/停止自锁开关的公共端6,构成SR的与门U7的8管脚连接到暂停启动电路中德与门U19的2端(产生停止信号),反向器4输出俩接MR(清零)和发光二极管
BO端平时是高,定时时间到时,差生负跳变,在计数状态时启动/停止自锁开关的公共端6是高电平,因此SR为10状态输出0再经反相器变为1,亮二极管产生报警。
图3
2.4显示模块
显示电路采用了4片一位的共阴极七段数码管(如图4.2所示),来分别显示分钟计时的十位和个位,小时的十位和个位完成预置和显示功能。
数码管的驱动电路采用的共阴极的七段译码器74LS48,它内部有上拉电阻,可以直接与共阴极的数码管相连接。
由于数码管只用显示0—9的数字,则LT、LBI、BI/RBO三个脚都接高电平,ABCD四个输入端连接74LS192的输出,就能显示出预置的时间和定时的剩余时间。
其连接电路图如图4.1所示:
此外根据要求秒要用一个发光二极管显示。
我们从VCC接一个10K电阻再接发光二级管,再接到秒个位的74LS192的脉冲输入端DOWM,在DOWM为低时发光二级管就亮,从而使发光二极管随输入脉冲一闪一亮,显示秒的变化。
如图4.2
图4.1
图4.2
2.5预设时间电路设计
预设时间电路我们采用三控(6路)不自锁开关,经过试验电容按键消抖比不上SR触发器消抖,因此采用SR触发器按键消抖,提高精度。
SR的S端接不自锁开关6端同时再接一个10K电阻到VCC,SR的R端接不自锁开关的同组非公共端4也是接10K电阻到VCC,SR的输出端,再经过一个与非门接到接74LS192的UP端,其他的也如此。
在没有按下时,SR位10出0,按下时01出1,再经与非门所以会再UP端出现1——0。
1——0,下降沿的变化,来预置时间。
下图5.1
考虑到计数器在正常工作时,禁止调时间并且保持74LS192的UP端保持为高电平,我们加入了按键自锁电路,即在SR输出端接到一个门电路的一个输入端,在暂停/启动开关的另一组三控开关的公共端2接到与门的另一个输入端上,如图1,暂停/启动开关的1接GND,2接VCC,即可,如图1在启动模式时与SR想连的门电路关闭,禁止调时间。
此外,在分的十位上,为了避免在预置时间时出现大于6以上的数,我们增加了清零电路。
如图5.2
图5.1
图5.2
2.6启动/停止电路设计
启动/停止电路,我们选择了双组三控自锁开关(6管脚)、与非门电路和与门电路。
自锁开关一组的公共端5接经过一个与门(与门的另一输入端接来自报警系统到的信号,该不报警时为1)再接与非门的一个输入端5,同组的另外两端分别接6接VCC和5接GND,555振荡器的输出端接与非门的剩下输入端4,自锁开关在没按下的时开关的5脚为0,只要与门的任意一个端输入0,
与非门的5脚为低门电路关闭,555的脉冲无法进入到计数电路,计数停止,反之为开启,此处我们实现了按键启动/停止,或定时时间到也可使之停止的功能。
图6
2.7复位电路设计
复位电路,将除分十位的74LS192的MR要经或门连接外
,其余的74LS192的复位MR端连起来,再加上按键和两个电阻,和10uf的电容接成上电复位脉冲输入如下图7
复位按键的输入脉冲经过与门连接到与非门U7A的1端,时十位的借位BO接到U7A的2端。
复位按键没有被按下时,为低取反后为高,时十位的借位BO,在没有借位信号时为高,经过与非门使74LS192的清零CLR为低,不产生清零,当按键按下时或定时时间到时CLR为高,产生清零,
图7
2.8调试
本次设计分为五大模块。
在调试时,采用分模块的调试方法,重点可分两大模块调试:
方波产生模块和计时模块。
一:
调试方法方波产生电路:
本模块包括两个核心芯片,即:
555定时器芯片和运算放大器OP07,调试时先接上电源,将示波器的探头接到本级电路的输出端,观察电路的输出波形。
计时电路:
接通电源,将前一级产生的方波输入到个位计数器的CPD端口,将清零信号拉低,将置数控制端拉低置数,然后将置数控制端拉高,观察数码管是不是进行倒计时。
到零时观察LED灯是不是发出报警。
总控端:
开关J11为总控开关,在以上调试正确后,在电路运行时将J11拉低,看电路是不是停止运行,由此来判断总控开关是不是正常工作。
二:
发现的问题开始时发现总是脉冲信号,检查发现应该讲示波器的CH1通道打到交流档。
排除以上错误后发现波形的占空比没有达到50%,此时调节电位器,是输出的波形满足要求。
接通电源并输入信号后发现,数码管并不时间递减,这就意味着芯片没有进行减计数,检查发现原来芯片的电源没有接通,排除以上错误后,整个电路运行正常。
2.9设计电路图
图9
三.系统设计过程
3.1分频器模块
1:
模块说明:
输入一个频率为50MHz的CLK,利用计数器分出
1KHz的q1KHz,500Hz的q500Hz,2Hz的q2Hz和1Hz的q1Hz。
2:
源程序:
LIBRARYieee;
USEieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
ENTITYfdivIS
PORT(CLK:
INSTD_LOGIC;
--输入时钟信号
q1KHz:
BUFFERSTD_LOGIC;
q500Hz:
q2Hz:
q1Hz:
OUTSTD_LOGIC);
ENDfdiv;
ARCHITECTUREbhvOFfdivIS
BEGIN
P1KHZ:
PROCESS(CLK)
VARIABLEcout:
INTEGER:
=0;
IFCLK'
EVENTANDCLK='
1'
THEN
cout:
=cout+1;
--每来个时钟上升沿时cout开始计数
IFcout<
=25000THENq1KHz<
='
0'
;
--当cout<
=25000时,q1KHz输出“0”
ELSIFcout<
50000THENq1KHz<
--当25000<
cout<
=50000时,q1KHz
ELSEcout:
--输出“1”,完成1KHz频率输出
ENDIF;
ENDPROCESS;
P500HZ:
PROCESS(q1KHz)--q1KHz作为输入信号,分出q500Hz
BEGIN
IFq1KHz'
EVENTANDq1KHz='
THEN
IFcout=1THENq500Hz<
--二分频
ELSIFcout=2THENcout:
q500Hz<
P2HZ:
PROCESS(q500Hz)
IFq500Hz'
EVENTANDq500Hz='
=125THENq2Hz<
250THENq2Hz<
P1HZ:
PROCESS(q2Hz)
IFq2Hz'
EVENTANDq2Hz='
IFcout=1THENq1Hz<
q1Hz<
ENDbhv;
3.2秒计时模块
1:
通过分频获得的时钟信号,便是1s,秒的低位到达9是向高位进1,高位到达6是向上进1,并清零。
源程序
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entitysecondis
port(clk,reset:
instd_logic;
sec1,sec2:
outstd_logic_vector(3downto0);
carry:
outstd_logic);
endsecond;
architecturert1ofsecondis
signalsec1_t,sec2_t:
std_logic_vector(3downto0);
begin
process(clk,reset)
begin
ifreset='
then
sec1_t<
="
0000"
sec2_t<
elsifclk'
eventandclk='
then
ifsec1_t="
1001"
ifsec2_t="
0101"
else
=sec2_t+1;
endif;
=sec1_t+1;
andsec2_t="
carry<
endprocess;
sec1<
=sec1_t;
sec2<
=sec2_t;
endrt1;
3.3分计时模块
这里用的时钟信号的来自秒的进位,即进一位就是1min,分的低位到达9是向高位进1并清零,高位到达6时向上进1,到达5时等待进位后清零。
.
libraryieee;
entityminuteis
min1,min2:
architecturert1ofminuteis
signalmin1_t,min2_t:
min1_t<
min2_t<
ifmin1_t="
ifmin2_t="
=min2_t+1;
=min1_t+1;
andmin2_t="
min1<
=min1_t;
min2<
=min2_t;
3.4时计时模块
这里的时钟信号时来自上面的分的进位,上面进一位便表示1h,时的低位到达9是向高位进1并清零,高位到达2等待进位后清零,这里
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