数字电子 课程设计 延时电路
电子课程设计
——可控延时电路
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指导教师:
2011年12月
目录
1、概述 (2)
2. 方案论证 (3)
3. 方案模块分析 (4)
4. 所选器件介绍 (5)
5. 完成后的设计电路图 (14)
6. 设计心得 (15)
可控延时电路
摘要：
随着电子技术的进步，各类电子元件都给人们的生活带来巨大变化，而我今天提到的可控延时电路，是近几年来人们不可获缺的重要部分，小到微波炉，电饭锅，全自动洗衣机，它们运用可控延时电路来实现预约功能，让你在全心学习工作之时，电气自动运行，帮你洗衣做饭；大到工业自动化，各类延时可使人们远离危险区域。
设计任务与要求：
设计延时电路，至少延时1小时，延时时间可控。
设计思路：
方案一；
利用555设计出1Hz的标准时基脉冲，在接入计数模块，数码显示模块来实现时间控制，并显示剩余时间
优点：精确度高，对于时间的控制可以精确到ms级，并配有数码显示电路，对于延时时间长短及剩余延时时间均可一目了然。
缺点：基于时序电路设计，当计数时间较长时，（假设为1小时，在1Hz 脉冲下）需要5到6个芯片，再加上555构成的时基电路，需要芯片较多，不易
实现。
方案二：
利用555的单稳态电路，设计较长的延时。通过改变电阻来更改控制延时时间。
优点：可进行较长的延时，应用芯片较少
缺点：精确度较低延时时间约等于1.1RC，不方便计算，且由于R,C 的制造工艺干扰，精度差，且利用数字电路控制电阻不方便。
方案选取：
由于本设计的设计目的时间较长，故选用方案二。
器件选取：
定时器555
电阻，电容，三极管，二极管
继电器
74LS138
方案模块分析： 1 555延时电路
2 继电器控制电阻模块
K1
EDR201A05
3 数字开关
U2A
74LS74D
1D
2
1Q 5~1Q 6
~1CLR 11CLK 3~1PR 4U3A
74LS04N 7
VCC 5V
VCC
器件特性
1.555定时器
555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
表1 双极性型5G555的主要性能参数
①VTH即Vi1 ,VTR即Vi2 。
(b) CMOS型7555的主要性能参数
集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为4．5～12V，最大输出电流200mA 以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。其主要参数见表1。
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图1和图2所示。
图1 原理框图和引脚
图2 管脚分布
表2 555定时器控制功能表
2.D触发器
电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。
SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=1且RD=0时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=0，Q非=1，即触发器置0；当/SD=0且/RD=1时，Q=1，Q非=0，触发器置1,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下：
1.CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5非=D非。
D触发器原理
2.当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5非=D，Q4=Q6非=D非。由基本RS 触发器的逻辑功能可知，Q=Q3=D。
3.触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3
输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用,称为置0阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。
1.特征方程
Qn+1=D
2.时序图
3.继电器
当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，继电器使被控制的输出电路导通或断开。
输入量可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)及非电气量(如温度、压力、速度等)两大类。
继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
4.74LS138
对于74LS1378当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
74LS138的作用:
利用G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24 线译码器；若外接一个反相器还联扩展成32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器
用与非门组成的3线-8线译码器74LS138
<74ls138译码器内部电路>
3线-8线译码器74LS138的功能表
无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出管脚全为高电平1。如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明该芯片已经损坏。
当附加控制门的输出为高电平（S＝1）时，可由逻辑图写出
<74ls138逻辑图>
由上式可以看出，在同一个时间又是这三个变量的全部最小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。
71LS138有三个附加的控制端、和。当、时，输出为高电平（S＝1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3.3.5所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。
带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。在图3.3.8电路中如果把作为“数据”输入端（在同一个时间），而将作为“地址”输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。这就不难理解为什么把叫做地址输入了。例如当＝101时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上。
总体设计电路
设计心得：
数字电子作为我们的主要专业课之一，在大三开学初我就对这门课有了很大兴趣，觉得那些芯片非常神奇，尤其在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对数电的兴趣也在逐渐增加。
这次数字电子课程设计我们历时两个星期，而卧在我们班里算是倒数几个完成的吧，但经过这两个星期的实践和体验下来，我们又怎么会去在乎那个先后问题呢，因为对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是一种设计的思想。现在想来，也许学校安排的课程设计有着它更深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个个学科凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能!
两个星期前我还在为到底选那个课题而犹豫，，但是随之而来的问题却远比我们想想的要困难的多。没想到这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力。在两个星期后的今天我已明白课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。虽然我这次花去的时间比别人多，但我相信我们得到的也会更多!
作为一名自动化专业的大三学生，我觉得做数字电子课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。
在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在做数字电子课程设计，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。
其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如电路，模拟电子等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。
最后，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用芯片的
内部结构有一个系统的了解，知道该芯片有哪些功能；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序电路时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个设计的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。
两周课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并和同学互相讨论，交流经验和自学，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名自动化专业的学生，数字电子的课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在同学的帮助和讲解下，渐渐开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合﹑相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。