模拟定时器工作原理

一.概述

本文较为详细全面的阐述了模拟定时器的电路构成、工作原理、工作分析以及应用调试，它适宜具有一定专业基础的电子爱好者、工作者、初/中级研发人员、中高级技术工人的培训，电子技术应用专业教师的辅助实训范例。它较深刻地体现了理论与实践的结合与相互印证，使人深切感悟电子技术理论的实践性、可行性和实用性，并能有切身的体会与心得；使人无论从理论上还是实践上得到了一定的升华，尤其是对从事底层基础的电子技术人员尤为需要。本电路可以人工预先设定，完成实现在规定时间内产生“时间到”的定时信号，达到“告知”提醒、报警的目的，它还可以作为有关定时操作的执行指令，如家用电器的定时或限制供电以及日常生活的定时提示等。

特点

1、本装置的时间系统完全采用模拟电子技术作为核心，它的精度稍低于用晶振为时钟源经大量的数字分频获得的数字时钟，但其成本大大降低；

2、相对于数字时钟，它具有电路简单、成本低、制作方便易行、使用价值高以及技术含量高的特点，可以使参与者获得真知感悟。

3、调试操作简单、工作可靠稳定、重复性好。

性能参数

由四个（K1、K2、K3和K4）乒乓二掷（位）钮子开关，完成

1~16分钟时间设定，定时精度≤±1%。

电路组成

由有源线性反相积分放大器、电压比较器声光闪烁告警及其控制电路等组成，如图1所示：

二.方案分析设计部分

通过lm374输入脉冲信号，在通过74LS00对电路实行倒计数。电路开始运行时，只正常显示，通过四个开关，对电路进行控制，然后开始计时，判断时间

时间是否完成，没有则继续显示、否则，发出警报。运行状态用二个LED灯表示，绿LED亮表示计时，红LED闪亮表示结束。报警电路采用蜂鸣器，时间为0时，蜂鸣器响。用数码管表示计时时间，计时方式对过程作时间显示。在时间是由用户拔动开关进行设置，并设置复位键，显示过程可对时间进行复位，其原理框图如图1所示：

图1

三.

1.秒脉冲发生器

秒脉冲发生器可以由一个集成的lm324构成，当电源接通后，VCC通过对R4、R5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＝(R4+2R5)C2ln2

其中R4=R5=48KΩ,C1=0.01μF,C2=10μF，把数据带入T=(R4+2R5)C2ln2，得T=1s，即周期为一秒，输出1HZ的信号，电路如图2所示：

输出端接秒计

数的DOWN端

图2 秒脉冲发生器的电路图

2. 一百进制分计数器和六十秒计数器的设计

一百进制分计数器和六十秒计数器的原理是一样的，不同的只是它们的输入脉冲和进制不同而已，我们用四片74LS00来实现分计数和秒计数功能，其中

74LS00的功能表如图3所示。我们要的只是减计数，所以我们把它的UP端接到高电平上去,DOWN端接到秒脉冲上；秒十位上的输入端B、C端接到高电平上，即从输入端置入0110（十进制的6），秒十位的LD端和借位端BO联在一起，再把秒个位的BO端和秒十位的DOWN联在一起。当秒脉冲从秒位的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，当秒计数完成了，分可以自动减少，需要把秒十位的借位端BO端接到分计数的DOWN 端作为分计数的输入信号来实现秒从分计数上的借位。我们可以利用分计数的UP端来进行外部置数，当把它们各接到一个低触发（平时保持高电平，外部给一个力就输入一个低电平）的脉冲上就可以实现从0－9的数字输入，电路如图4所示。

图3 74LS00的功能表

图4 分秒计数器的电路图

3. 状态显示电路

用2个LED 模拟状态:LED1点亮表示正常显示，LED2点亮表示计时结束，显然可以利用移位寄存器来设计，本次设计用移 位寄存器仿真而转换了思路，选择了利用计时，结束2种不同状态分别为 01、10，以 1 表示工作以 0 表示结束从而分次序的完成设计。 首先，考虑到 LED 的连续循点亮，可以想到控制 LED 一端电平的连续工作达到要求，又由于有2个LED,我们采用 4 进制计数器即可产生循环变化的 4 个数，这样

得到依次变化的低电平，如此，我们可以将 LED 环点亮。其次，考虑到存在计时和结束两种不同状态，我们入端的数字变化次序，如此分析四个数字变化规律，以及利用正反转表 示状态的不同来设计出合适门电路。在此次设计中，我们采用 74ls00 构成一个 4 进制 减数计数器，同时利用计时停指示器在计时电平为0，结束时电平为 1 来构成合适门电路。 于是我们可以发现我们可以利用异或门电路来完成这一构想，从而实现计时、结束两种状态下 LED 不同的状态。简略列出真值表如下表1，电路如图5所示。

0（计时）1111

0（计时）1010

0（计时）0101

0（计时）0000

1（结束）1100

1（结束）1001

1（结束）0110

1（结束）0011

图5 状态显示电路图

接在秒十位计数

器的DOWN端

4. 报警电路

当数码管显示的时间变为“零”的时候，报警电路会驱动蜂鸣器发出声音报警。当计数器进行减计数到零后，74LS00 芯片的四个输出端都为低电平，于是我们采用四输入与非门将低电平转化为高电平。如图6所示。

图6 报警电路图

连在四输入

与非门上