1、武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书1课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导老师： 工作单位： 题目：顺序定时控制电路设计初始条件：直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求以及说明书撰写等具体要求）1、技术要求：设计一个三级顺序定时控制电路，可用于程序定时控制，使三级定时顺序触发，控制定时时间可调。2、主要任务：（一）设计方案（1） 按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；（2） 以 NE555 时基集成电路为主，设计一个顺序定时电路（实现方案） ；（3） 依据设计方案，进行预答
2、辩；（二）实现方案（4） 根据设计的实现方案，画出电路逻辑图和装配图；（5） 查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；（6） 在面包板上组装电路；（7） 自拟调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求；（8） 撰写设计说明书，进行答辩。3、撰写课程设计说明书：封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期任务书目录（自动生成）正文：1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案；4、调试过程及结论；5、心得体会；6、参考文献成绩评定表时间安排：课程设计时间：18 周19 周18 周：明确任务，查阅资料，提出不同的设计方案（包括实现方案）并答辩；19 周：按照实现方案进行电路布线并调
3、试通过；撰写课程设计说明书。指导教师签名： 年 月 日系主任（或负责老师）签名： 年 月 日武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书2目录1 技术指标： .31.1 设计目的： 31.2 设计分析： 32 方案一： .32.1 方案简介： 32.2 工作原理： 42.3 定时控制部分电路： 42.4 计数部分： 53 方案二： .63.1 方案简介： 63.2 工作原理： 74 方案比较： .75 实现方案： .85.1 方案简介： 85.2 元件作用以及工作原理： 96 调试过程： .106.1 第一次测试： 106.2 第二次调试： 106.3 第三次调试： 107 思考及心得体会：
4、 .117.1 思考 117.2 心得体会： 118 参考文献 .12武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书3顺序定时控制器设计1 技术指标1.1 设计目的设计一个三级顺序定时控制电路，可用于程序定时控制，使三级定时顺序触发，控制定时时间可调。1.2 设计分析电路要实现定时功能就必需有定时装置，而 555 定时器很容易能是电路的定时功能。555 定时器计时方式有两个一个是单稳态触发器还有一个是多谐振荡器，如果用单稳态定时器，则直接可以实现定时功能，二多谐振荡器则还需要借助其他计数装置才能实现定时功能。又因为是三级定时器，所以至少需要三个定时结构，并且在上级定时器定时结束，输出能激励下级
5、定时器开始工作。根据以上分析设计电路如下。2 方案一2.1 方案简介本方案每级都是由 n 个 jk 触发器组成的定时电路且都是用 555 定时器组成的多谐振荡器提供的连续脉冲进行驱动脉冲源电路如图所示武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书4图 1 脉冲源电路图电路由一个 555 定时器两个电阻两个电容两个二极管组成其中 5 脚电容起抗干扰作用，二极管利用单项导电性，改变周期公式，使得一个周期内两个电阻分别导通一次。2.2 工作原理电路接通瞬间各电容没有储能 2,6 端都处于低电平工作状态，Rs 触发器处于置一装态，晶体管处于截止状态，随着电容 C2 充电 2，6 端电势逐渐升高，知道大
6、于 2/3Vcc，当电容两端电压大于 2/3Vcc 时 rs 触发器处于置零状态，T 导通电容 C2 放电，2,6 端电压下降。直到 Vc2 小于 1/3Vcc，重复以上过程，所以连续脉冲源不断交替发出高电平低电平。脉冲周期 T=0.7*（R1+R2）*C2每一级电路都是由定时控制部分和计数部分组成。2.3 定时控制部分电路（以四个 jk 触发器为例）电路如图武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书5图 2 方案二定时控制电路电路由一个四输入与非门一个三输入与门四个单刀双掷开关组成，双掷开关接各个jk 触发器输出端，其中 Q3 为高位，每一位根据具体定时多少接 Q 或者 Q 非，如果当位
7、为1 则接 Q 反之则接 Q 非，例定时为 9 则四个开关从高到低链接情况为 Q，Q 非，Q 非，Q。当计数部分输出打到预设情况后与非门输出零阻断脉冲通过与门本级电路停止工作同时Y 输出端低电平触发下级工作。注：接 处当 n 等于 1 的时候，即第一级部分接逻辑开关。2.4 计数部分电路图 3 16 进制计数器其中开关置零时电路处于清零状态，置“1”电路开始工作在连续脉冲作用下从“0000”开始进行加计数，直到达到预设数。Jk 触发器真值表武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书6R S Qn+1 逻辑功能0 0 Qn 保持0 1 1 置 11 0 0 置 01 1 不定 不允许图 4
8、jk 触发器真值表3 方案二3.1 方案简介本方案同方案二用连续脉冲作为电路驱动，但是改变 jk 触发器为 192 芯片，使得电路更简洁，同时 Q 端可以接数码显示，使定时效果更加直观。电路图如下图 5 74LS192 第 n 级定时控制电路2 为高位芯片，1 为低位芯片。ABCD 为置数端，D 为高位。每级电路由一个非门一个武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书7二输入与门和两个 192 芯片组成。74ls192 功能表如图所示clear Up down load A B C D QA QB QC QD CO BO1 X X X X X X X 0 0 0 0 1 10 X X 0
9、X X X X A B C D 1 10 POS 1 1 X X X X COUNT UP * *0 1 POS 1 X X X X COUNT DOWN * * 图 6 74LS192 功能表3.2 工作原理当上机电路定时结束时非门输出由“0”变为“1” ，l 端完成置数，低位芯片开始进行减计数。当由“0000”变为“1001”时 Bo 端向高位发出借位脉冲，高位完成一次减计数。当高位达到“0000”时高位 Bo 端发出“0” ，阻断脉冲通过与门本级电路停止工作，同时 Y 端输出“0”触发下级电路工作。注：非门输入端当 n=1 即为一级电路时，接路基开关，以控制电路启动。4 方案比较方案二是
10、方案一得改进，用已有芯片代替 jk 触发器，使得电路更加简洁，而且定时效果更加直观。同时是定时更加方便。但是这两个方案都有较高成本，而且定时效果具有一定的离散性，不能适应某些低成本电路或者连续定时电路。经过选择，使用实现方案如下。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书85 实现方案5.1 方案简介图 7 实现方案电路图本电路由三个 555 定时器组成。555 定时器结构如图所示图 8 555 定时器内部结构图由两个电压比较器，三个 5k 电阻，一个基本 rs 触发器，一个放电晶体管一个与非门，一个非门电路组成，当 5 脚悬空时，6 脚 2 脚的比较电压分别是 2/3,1/3Vcc 当
11、6 脚大于 2/3Vcc 时 C1 输出零则 rs 触发器处于置零状态 Q 端输出零 T 导通同理 2 脚低于1/3Vcc 的时候 rs 为置一状态，Q 端输出一，T 不导通。3 脚通过非门输出 Q。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书95.2 元件作用以及工作原理本电路三级都是由 555 定时器组成的单稳态工作电路（以第一级为例）每一级由一个 103 电容一个 104 电容 CA 一个 0.05m 欧滑动变阻器组成，两级之间用 102 电容连接并通过 33k 电阻连接到电源 Vcc。555 组成的单稳态工作电路有两个工作状态分别是暂稳态和稳态。图 9 一级定时控制电路电平 Q 端输
12、出低电平时，2 脚输入高电平，3 脚输出低低电平，晶体管导通，电容 CA放电。此后 6 脚小于 2/3Vcc，2 脚大于 1/3Vcc。Rs 触发器处于保持状态，使得 555 总是输出低电平。 当定时器处于稳态输出的时候，给 2 端一个瞬间低电平，则电压比较器 C2 输出低电平，Rs 触发器处于置一状态，电路进入暂稳态状态，晶体管 T 截止，电容 CA 充电，当VcA 大于 2/3Vcc 时 Rs 触发器处于置零状态暂稳态结束。在本方案中给 2 点一个瞬间低电平，则 A 级进入暂稳态，一级二级之间的电容器处于放电状态，当一级进入稳态输出后二级 2 端在得到一个瞬间低电平，随着电容充电很快回到高
13、电平，B 级重复 A 级工作过程，达到稳态后触发 C 级工作。实际电路中用发光二极管对各级输出端进行检测。6 调试过程按照上示电路图连接好电路，利用干电池串联得到 4.5v 直流稳压源，进行测试。武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书106.1 第一次测试将电源接入电路，给一级电路 2 脚一个瞬间低电平，一号灯了一下，二号没有反应，调换一号二号灯的位置，结果依然是一级电路的灯闪了一下，确定发光二极管没有损坏。利用万用表电压档检测各点电压，发现二级电路 555 芯片 2 脚没有收到负脉冲，一级电路发出的低电平没通过一级二级电路之间的二极管。经过分析知道是因为一级的滑动变阻器阻值太小打在
14、0 上，使得一级电路的暂稳态太短，再连接电容放电完成之前就已经达到稳态输出，从而使低电平无法通过电容。将各级变阻器调到最大。6.2 第二次调试接入电源给一级 2 脚一个瞬间低电平，发现二级电路一、二极管，闪了一下，三级二极管没有发光。交换二极管，确定没有损坏，用万用表检测各点电位发现三级电路收到上级传来的低电平。三号灯两端电压只有 0.6v。而且二级电路的二极管亮度很低。分析发现是电源电压太低，无法带动整个电路，改变电源。6.3 第三次调试改接手机充电器，自制稳压电源，发现输出电压达到 8v，接入电路，给二脚一个瞬间低电平发现一二三号灯顺序快速闪了一下，结果正确。说明电路设计正确，接线无误。本
15、方案每级电路暂稳态时间 T=1.1Rx*Cx 可由滑动变阻器调节，且是一个连续的值。电路成本较低，接线简洁，可适用低成本电路生产。7 思考及心得体会7.1 思考本实验除了用灯来反映时间外，还可以用那些方法来反映定时时间，提出方案还可以利用扬声器进行反应可设计电路图如图 10 所示武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书11图 10可以根据扬声器发出声音的响度检测各级输出，如果电路工作正常，扬声器应该是的声音应该是从小到大依次响起7.2 心得体会本次课程设计从与设计到电路调试完成共经历一周多，期间可以说是尽心尽力，在做，虽然课题难度不大，但是具体操作，由于是第一次做这样的设计，经验缺乏，导
16、致效率不高。通过这次设计性实验，有如下几点体会：1. 一件看似简单的事情，但是要真正的做好，却也不容易，这次课题，难度很低，也很熟悉，但是真正上手操作，发现很多问题。比如面包板接电路是接线的有序性，电路调试时各种问题的分析，检测以及解决方案的提出，都需要经过一个探索，尝试的过程。二这样的过程一般都是枯燥乏味的。而且还经常有些困难。所以做一件事即使很简单也要很重视。2. 实践是最好的学习过程，经过这次实验，收获很多，包括对于一些电子器件功能应用的了解，电路检测的一些方法。这些平时看来都需要苦记的东西，在实验不知不觉就加深了印象而且记的很牢固。并且应用的比以前也要灵活，所以在学习过程中，要注重对所
17、学内容的应用。3. 团队的力量。一个小组的的能力不是简简单单各组员能力的代数和，只要工作任务分配得当，一个小组所爆发出来的力量是很大的，这次设计实验，我们小组从前期资料搜集，到各自方案设计交流，到后期调试问题讨论，都有着默契的配合。一定程度上弥补了经验不足的缺点，加快了实验的进程，加大实验带来的收获。各组员之间，既有独立的思考空间，又有着交流探讨的过程，使得个人的能力发挥到最大化，问题武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书12的解决达到最优化。8 参考文献1 伍时和.数字电路技术基础:清华大学出版社2 吴友宇.模拟电路技术基础:清华大学出版社武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明
18、书13本科生课程设计成绩评定表姓 名 性 别专业、班级课程设计题目：顺序定时控制电路设计课程设计答辩或质疑记录：1.jk 触发器组成部分计时上限怎么确定？当脉冲频率一定时，计数部分计时时上限由 jk 触发器的个数决定，T=2N*t 。其中 t 为脉冲源的周期。2.考虑元器件成本问题应该选择什么方案？74ls192 芯片每块 1.5 元人左右，555 定时器和 jk 触发器都是差不多 0.1 元一片，然而用 555 定时器组成单稳态作为定时器电路会比 jk 触发器简洁很多。所以如果考虑到价格因素应当首选 555 定时器单稳态定时电路。成绩评定依据：评定项目 考察点 分数 所占比例 折合分数 总成绩（百分制）方案设计及预答辩设计方案的合理性答辩 30电路布线及调试电路布线的合理性电路的调试 30说明书及答辩说明书撰写的规范性答辩 40最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日
