多用时间控制器.docx
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多用时间控制器
茂名学院
课程设计说明书
课程名称：
数字电子技术课程设计
题目：
多用时间控制器
学生姓名：
专业：
班级：
学号：
指导教师：
日期：
2007年7月8日
茂名学院
课程设计任务书
一、设计题目
多用时间控制器
二、主要内容及要求
本课题应含数字钟，设计一个可在一天24小时内任意分钟时刻设置存储记忆，并在时钟走到设置时间时输出控制信号，对多路（例如四路）用电器进行开关控制。
按照上述要求设计自动打铃器，在上下课时间打铃，铃响时间延续6秒。
技术指标及要求：
1．走时精度，每日误差≤1秒。
2．启动控制时间误差不超过1分钟。
3．控制时间可以任意设置（如铃响时间6秒，音乐声30秒，电饭锅30分）根据设计要求合理选择方案，并完成不少于4000字的设计说明书。
三、进度安排
1．6月20日，老师给出选题内容，课程设计的相关要求，指导时间及任务完成期限。
2．6月23日～6月25日，去图书馆和网上查找相关资料，并且构造整个设计思路。
3．6月26日～6月30日，选择适当的芯片组合电路，并仿真。
4．7月1日～7月6日根据电路的原理写出设计方案。
5．7月7日～7月8日设计方案的检查，修正，改进，按要求打印方案。
四、总评成绩
指导教师
学生签名
茂名学院课程设计说明书
目录
一．设计任务分析…………………………………………………………1
二．总体设计方案…………………………………………………………1
2．1时、分、秒电路的设计…………………………………………1
2．2译码显示电路的设计…………………………………………2
2.3校时电路的设计…………………………………………………2
2.4EPROM存储电路设计……………………………………………4
2.5定时执行电路的设计……………………………………………5
三、实验设备………………………………………………………………6
四、总结………………………………………………………………………7
茂名学院课程设计说明书
一、设计任务分析：
本课题的基本思路是在设计出一个时钟的基础上，利用储存器设定时间，在设定的时间进行打铃。
这个装置在日常生活中用得非常广泛。
本课题的重点在存储器、定时单元和执行单元。
技术指标及要求：
1．走时精度，每日误差≤1秒。
2．启动控制时间误差不超过1分钟。
3．控制时间可以任意设置（如铃响时间6秒，音乐声30秒，电饭锅30分）
二、总体设计方案：
整个思路的框图如下图所示。
将标准秒信号送入“秒”计数器，累计60秒发出一个“分”脉冲信号，送到“分”计数器中；分计数器累计60分发出一个“时”脉冲信号，该信号将被送到“时”计数器。
“时”计数器采用24进制计数器，实现对一天24小时的显示。
EPROM存储电路是根据计时系统输出状态，产生一脉冲信号，然后去触发EPROM存储器实现定时打铃。
定时执行器中的定时单元是数字的定时电路。
只要适当地改变“与非”门的接法和计数器的位数，就可以改变定时长短，执行单元通过集电极开路“与非”门的输出端，直接接负载继电器控制电子打铃器。
1.时、分、秒电路的设计
（1）秒信号发生器的设计
本实验要求每日误差≤1秒。
，可选用1HZ的标准脉冲。
本设计采用555集成定时器组成多谐振荡器产生1Hz的标准脉冲。
555定时器与两个电阻和一个电容产生负脉冲序列，得到秒脉冲的信号的电路。
令R1=43kΩ，R2=50kΩ，C＝10uF。
（2）时、分、秒计数器的设计
本实验采用74LS192分别构成60进制和24进制计数器分别作为分秒和时。
1）60进制计数器。
先将2片芯片连接成100进制计数器，在此基础上，用反馈清零法将高位的QB和QC分别接至俩芯片的Ro，Rl端，在第60个脉冲后，计数器输出为01100000，高位的QB和QC同时为1，再通过一个与门使计数器立即返回到00000000状态。
2）24进制的计数器。
先将2片芯片连接成100进制计数器，在此基础上，用反馈清零法将高位的QB和低位的QC分别接至俩芯片的Ro，Rl端，在第24个脉冲后，计数器输出为00100100，高位的QB和低位的QC同时为1，再通过一个与门使计数器立即返回到00000000状态。
NE555秒发生器60进制计数器
2.译码显示电路的设计
译码电路功能是将“时”、“分”、“秒”计数器的输出译码进行翻译，变成相应的数字。
用于驱动LED七段数码管的译码器，常用74LS47来实现。
3.校时电路的设计
校时电路如图所示，校“秒”时，采用暂停校时方式。
将开关1接地，G1的一个输入端接地，另一段输入的埋脉冲信号不能通过G1，此时G1被封锁，秒信号进入不到计数器中，暂停了秒计时器。
当秒显示的数值也标准时间秒相同时，
校时时钟仿真电路图
1马上接高电位，G1的一个输入端高电位，另一端输入的秒脉冲信号。
校“分”和“时”时，采用加速校时方式。
校“分”时，使用G2,G3,G4。
要进行分校时，将开关2接高电平，由于G2的一个输入端输出高电位，G3输出高电位，G2,G4被导通，秒信号脉冲直接通过G2,G4送到“分”计数器中，“分”计数器以秒的速度计数，当“分”计数器显示的数值与标准时间相同时，2马上接低电平。
G2的一个输入端接地，秒信号不能同通过G2，而G2输出端为高电位，是G4的一个输入端为高电位，恢复了G4的导通。
G4接受来自秒计数器的进位信号，使分计数器正常工作。
同理可得时计数器的校时电路。
4.EPROM存储电路设计
EPROM有各种类型的产品，右下图是紫外线擦除、电可编程的EPROM2716器件逻辑框图和引脚图。
EPROM2716是211×8位可改写存储器，有11位地址线A0～A10，产生字线为2048条，D7～D0是8位数据输出/输入线，编程或读操作时，数据由此输入或输出。
CS为片选控制信号，是低电平有效。
OE/PGM为读出/写入控制端低电平时输出有效，高电平进行编程，写入数据。
EPROM存储器采用2716EPROM。
本设计中使用了他的两种功能，其一，当EPROM2716暂时不工作时，可令PD/PGM＝1，此时电路处于维持状态；其二，在编程时它又是编程的控制输入。
编程时CS＝1，Vpp＝25V，编程输入数据采用8位并行输入的方式即D0-D7为输入端，地址及数据电平为TTL电平。
当输入数据和写入数据输入未定以后，在PD/PGM端加入一个50ms的正脉冲，输入的数据就写入地址码的指定存储单元。
CS为选控制输入，在PD/PGM＝0的条件下，CS＝0时刻片被选中，给出地址码后，同地址码所指定单元存储数据被读出，送到数据输出端。
对其编程之前，应先定义各输出端的控制对象，本设计只需控制一个对象D0――自动打铃。
因为2716EPROM有11根地址线，而数字钟“时”，“分”的BCD码输出有13根，所以不能用用每分钟作为EPROM的地址值。
因此，要将分计数器的BCD码译成每5分钟变化一次的脉冲，送给EPROM的A0。
可由卡诺图化简得A0的连线：
由计时系统可得到的EPROM的地址与计时系统输出BCD码对应关系：
根据对应的关系列出时间、地址、输出数据三者的编程表。
时间
地址二进制数
输出数据
第一节
7：
50-8：
35
0001111010-0010000111
00000001
第二节
8：
45-9：
30
0010001001-0010010110
00000001
第三节
9：
50-10：
35
0010001010-0100000111
00000001
第四节
10：
45-11：
30
0100001001-0100010110
00000001
第五节
14：
30-15：
15
0101000110-0101010011
00000001
第六节
15：
25-16：
10
0101010101-0101100010
00000001
第七节
第八节
16：
20-17：
50
0101100100-0101111010
00000001
第九节
19：
40-20：
25
0110011000-1000000101
00000001
第十节
20：
35-21：
20
1000000111-1000010100
00000001
5.定时执行电路的设计
（1）定时单元
1）按照设计需求，需设计一个定时为6秒的定时电路。
由于在本设计中EPROM的地址值每5分钟变化一次，测其对应的输出也将持续5分钟的时间。
设计如图所示。
当5分钟信号上升沿来时，D触发器的Q端为“1”，定时开始，计数器Cr为“1”开始计数。
当计数到6个脉冲（0110）时，“与非”们的输出为“0”，是D触发器复位，定时结束，D触发器输出脉宽为6s。
2）本单元也可以采用NE555构成单稳态电路来定时。
用这个方法可以灵活地改变定时时间，只要改变NE555外面的电阻值和电容值，但是在实际实验中，确定的某个阻值的电阻是很难找到的，所以实验中采用第一个方法。
（2）执行单元。
执行单元的任务是将脉冲放大，去驱动控制设备。
一般用一二个复合三极管代继电器J，然后有继电器接点接通控制对象，如图所示。
三、实验设备
名称
型号
数量
10进制计数器
74LS192
7
译码器
74LS74
6
振荡器
NE555
1
EPROM存储器
2716
1
开关
3
导线
若干
LED七段数码管
6
打铃器
1
继电器
JQX-4
1
与非门
CD4011
1
双D触发器
74LS74
1
电阻
阻值各异的若干
电容
电容值各异的若干
四、总结
这个实验的难度比较大。
这个实验有前面部分我们可以已经利用学过的知识去做，而且芯片的种类可以选择很多，我选择了74LS192构造时钟，因为这个芯片我以前用过，虽然有双10进制的芯片，但是我不怎么了解它的功能，所以还是选择了74LS192。
而后面部分只能靠我们自己去找资料去自学，例如执行单元和EPROM存储器。
EPROM2716这个芯片的资料很难找，具体操作的方法不是很懂，我只能在参考文献上所介绍的直接引用，而且在仿真软件上也找不到，所以整个电路无法仿真，只能局部地仿真，再根据理论得出实验要求的结果。
参考文献：
[1]《电子技术基础（数字部分）》，康华光主编，高等教育出版社，2006年。
[2]伍爱莲主编．电路与电子技术实验教程。
湖北：
华中科技大学出版社，2006．
[3]高吉祥主编．电子技术基础实验与课程设。
北京：
电子工业出版社，2002．
[4]彭介华主编．电子技术课程设计指导。
北京：
高等教育出版社，1997．
[5]王久华主编．电工技术与电子技术基础。
北京：
清华大学出版社，2005．
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