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。

图5.1.2 分、时计数器电路1.3译码显示所有计数器的译码显示均采用BCD-七段译码器，显示器采用共阴或共阳数码管。

U5-U8输出的BCD码被分别接到U9-U12。

U9-U12均为74LS48 BCD-七段译码器电路，由它驱动七段共阴LED数码管。

四个数码管给出从00：00到23：59的时间显示，而D1和D2为发光二极管显示，用来显示秒脉冲。

电路图如图 5.1.3 所示。

图5.1.3 译码显示电路1.4校正时间电路在刚刚开机接通电源时，由于时分为任意值，所以，需进行调整。

置开关在手动位置，分别对时、分进行单独计数。

计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。

在本电路中，开关S1用来预置时间，当它置于位置A时，数字钟处于正常状态；当他置于位置B时，给出1Hz的脉冲到分计数器U5；当它置于位置C时，它给出1Hz的脉冲到小时计数器U7。

2.定时器定时时间的设定定时器控制的功能是将数字钟的时间与预置的开、关时间进行比较，并完成相应的开关动作。

在定时器预置开关电路中，有两组开关——其实定时时间开关和终止定时时间开关。

每组有四个开关（逻辑开关J1-J8，J1-J4为其实定时时间开关，J5-J8为终止定时时间开关开关）。

根据需要设置的定时时间，由8421BCD 码表，将0—9的十进制数转化为四位0-1二进制数，分别置入逻辑开关即可。

例如定时时间为“09：30”即在4个逻辑开关相应依次输入“0000”，“1001”，“0011”，“0000”。

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。

U8-U5数字中输出和定时逻辑开关输出是通过异或门74LS86（电路图中U18-U21）进行一位一位的比较，当定时开关时间到，即所有的值全相等时，在74LS30与非门（图中U23）输出端输出一个负脉冲，使控制触发器74LS112(图中U24)变为高电平。

双下降沿JK 触发器74LS112，在时钟脉冲CP 的后沿（负跳变）发生翻转，它具有置0、置1、计数和保持功能。

JK 触发器的状态方程如式5.3.1所示。

74LS112引脚排列如图5.3.2 所示。

功能如表5.3.3所示。

n n n Q K Q J Q +=+1公式5.3.1 JK 触发器状态方程J 和K 是数据输入端，是触发器状态更新的依据，若J 、K 有两个或两个以上输入端时，组成“与”的关系。

Q 与为两个互补输出端。

通常把 Q ＝0、1=Q 的状态定为触发器“0”状态；而把Q ＝1、0=Q 定为“1”状态。

图5.3.2 JK 触发器74LS112引脚图JK 触发器一般都有异步置位、复位端，作用是预置触发器初态。

当不使用时，必须接高电平（或接到电源+5V 上），不允许悬空，否则容易引入干扰信号，使触发器误动作。

表5.3.3 74LS112功能表输入输出S D R D CP J K Q n+1Q n+101×××1010×××0100×××φφ11↓00Q n Q n11↓101011↓010111↓11Q n Q n11↑××Q n Q n4. 继电器电路由控制电路作用，使控制触发器74LS112(图中U24)变为高电平,即Q为高电平，使得继电器RL1和RL2接通，定时器开始定时。

RL1的接通，使得+5V从加入“起始定时开关”而转加到“终止定时时间开关”上。

由于控制触发器74LS112(图中U24)中Q=1（Q=0），使定时器的“定时开始指示灯”亮。

当时间运行到“终止时间”设定值时，74LS30与非门（图中U23）输出端又一次输出一个负脉冲，使得控制触发器74LS112(图中U24)翻转，即Q=0。

U24的低电平使T1和T2关断，RL1继电器释放，又回到定时前的工作状态。

同时Q=0又使“定时结束指示灯”亮。

继电器RL1输出端，一端接起始定时时间逻辑开关，另一段接终止定时时间逻辑开关，由此来实现交叉供电，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。

RL2用于外接所需控制的仪器。

按下S3，可以去掉预先存在的“定时”设定。

继电器部分电路如图5.4所示。

SPST 图5.4 继电气部分电路六、收获体会和改进意见课程设计终于完成，在这个过程中我遇到了很多困难，知识的缺乏，对画图和仿真软件的不熟悉等等，这其中得到了指导老师的很多帮助，同时也给我提供了一些建议和意见。

这个课题用到了数字电路方面的知识，通过这次课程设计，使我对TTL74系列、CMOS系列元器件以及其他集成电路有了一定的了解，平时课上的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，所以通过这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

刚拿到课程设计的题目，起初不知该从何下手，经过老师指导设计和对材料的讲解，再到图书馆和网上查找大量资料，才慢慢了解课程设计。