长时间定时器

长时间定时器 长时间定时器 摘要:本次课程是设计一个具有长时间定时(1 小时以上)的电路。该电路的核心部分有 2 部分 ，一是可调占空比的方波发生器电路;另一个是时间控制电路。这两部分应用的主要元件都是 555 定时器，可调占空比的方波发生器电路是应用 555 定时器连接的多谐振荡器，时间控制电路是应用 555 定时器连接的单稳态触发器。该长时间定时器设计思路清晰，电路连接简单，性价比高，有很大的实用价值。 关键词:555 定时器 控制 长时间定时 单稳态 多谐振荡 长时间定时器 徐超(2407102 班)1. 论证本次课程设计的技术指标如下: 1)定时器用交流电源供电; 2)按下起动按钮，定时器开始工作，并给其它用电设备供电; 3)定时时间到，定时器及用电设备同时断电; 4)定时时间较长(1 小时以上)，但所用定时电容容值较小; 5)定时器工作时耗电功率小于 1W。 由这些技术指标可知需要有一个供给定时电路的直流电压的转换电路，还有个定时时间较长(1 小时以上)的定时电路，当定时时间到后使电路停止运行，同时用电设备断电。要使时间较长(1 小时以上)需要由一个振荡电路提供振荡方波，并且此方波的频率为 30—60Hz。根据以上分析设计 2 个方案如下:方案 1:由 555 定时器接成的多谐振荡器产生方波，由两片 74160 组成的计数器 来控制定时时间。方案 2:由 555 定时器接成的多谐振荡器产生方波。由 555 定时器接成的单稳态 触发器来控制定时时间。 由于方案 2 只用到了 555 定时器比方案 1 用到的元器件少而且电路更加简单，所以选用方案 2。方案 2 的原理框图如图 1 所式。 多 外电路工作 电压 谐 定 转换 振 时 高电平 电路 荡 电 器 路 外电路停止 低电平 图 1 方案 2 原理框图2. 仿真过程2.1 工作原理 首先，将交流电 220V 经降压，整流，滤波，稳压后，为定时电路提供直流电压源，同时又要为外围电路供电。然后，由 555 定时器接成的多谐振荡器输出振荡方波。多谐振荡器的输出信号分成 2 条线路，其中一条线路接单稳态触发器输入端，另一条线路接 RC 充电电路，为单稳态触发器提供触发电压。单稳态触发器在其工作过程中的输出为稳定的 5V 高电平，555 定时器的最大负载电流达200mA，而 1 个发光二极管正常工作所需要的电流为 5mA，电磁继电器的工作电流为 50mA，所以完全可以由单稳态触发器为发光二极管和电磁继电器提供电源。电磁继电器得到由单稳态触发器提供的 5V 高电平，吸合后将总开关保护，此时将手动开关打开，电路照常工作。最后，由单稳态触发器计时设定时间后，输出为 0V 的低电平，发光二极管熄灭，同时电磁继电器释放，总电源开关断开，定时器及用电设备同时断电。原理电路图如图 2 所式。2.1 电压转换电路的仿真 图 2 原理电路图 运用模拟电子的知识，将 220V 交流电转换成 5V 直流电。其原理电路图如图 3 所式。 交流电经变压转换成低电压，在经整流，滤波，稳压后，为定时电路提供直流电压源。2.2 时间控制电路的仿真 用 555 定时器接成的单稳态触发器可以用作定时功能。其原理电路图如图 3所式。 图 3 用 555 定时器接成的单稳态触发器 输出脉冲的宽度 T 等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻 R 和电容 C 的大小。脉冲的宽度 T 的计算公式如式 2-1 所式: T RC ln 3 1.1RC 2-1 但此电路电阻连接的可调占空比的方波，而不是直流电源，故输出脉冲的宽度T(暂稳态的持续时间)不仅仅取决于外接电阻 R 和电容 C 的大小。与输入的方波的占空比有相当大的关系，对于一个周期 Tm 来说，上升沿 T1 和下降沿 T2，根据电容的充放电原理，脉冲的宽度 T 的计算公式如式 2-2 所式: T Tm RC ln 3 1.1Tm RC 2-2 T 1 T 2 T 1 T 2 通常 R 的 取值在几百欧姆到几十兆欧姆之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，T 的范围为几微妙到几分钟。但必须注意，随着 T 的宽度的增加它的精度和稳定度也将下降。在本次课设中要求计时 20 秒既 T 为 20 秒，但根据实际各元件的标准值，所以取 R40M ，取 C0.47uF，T 为 18.8 秒。2.3 可调占空比的方波发生器电路的仿真 用 555 定时器接成的多谐振荡器可以产生可调占空比的方波为单稳态触发器提供 所要求的脉冲。其原理电路如图 4 所式。 图 4 用 555 定时器接成的多谐振荡器 该电路的振荡周期 T 的计算公式如式 2-2 所式。 T R1 2 R2 C ln 2 2-2 技术指标中要求输出的频率为 3060Hz占空比应接近 1/2，这样定时时间可延长到 1 小时以上。若取 C10uF 且 R1R2则带入上式得到 R148k 。3. 实验过程 根据仿真结果，进行了设计电路的实际联接。在进行设计电路的实际联接的时候由于实验室没有足够大的电容，所以在联接时间控制电路的时候修改了数据，取 R20M ，取 C0.22uF，进行短时间的实验，容易进行实验观察。 首先，将电压转换电路连接，进行独立调式。应用直流电压表检测电压转换电路，直流电压表显示时间控制电路的输出为 5.23V，符合设计要求。 然后，将可调占空比的方波发生器电路联接，进行独立调试。该电路应用直流电压表和双踪示波器检测方波发生电路，直流电压表显示可调占空比的方波发生器电路的输出为 4.97V 符合设计要求，双踪示波器显示一系列的方波，符合设计要求。 再将时间控制电路联接，进行独立调式。应用直流电压表和双踪示波器检测时间控制电路，直流电压表显示时间控制电路的输出为 4.68V，符合设计要求，双踪示波器显示在时间控制电路开始工作 5 秒后输出变为低电平，和理论计算的4.4 秒相差 0.6 秒符合设计要求。 最后，将电压转换电路，可调占空比的方波发鞯缏泛褪奔淇刂频缏方辛鳌,备奔淇刂频缏芬桓稣龀搴蠓?舛芊?猓钡绱偶痰缙魑希獾缏饭ぷ鳌,ㄊ笔奔涞胶螅?舛芟鹜钡绱偶痰缙魇头牛ㄊ逼骱屯獾缏吠蓖,构ぷ鳌,布导柿映晒Α?. 结论 本次课设成功的达到了设计任务书上的技术指标，使设计出的长时间定时器电路拥有以下功能: 1 定时器用交流电源供电; 2 定时时间较长(1 小时以上)，但所用定时电容容值较小; 3 频繁起动，电路的定时时间不变; 4 定时器工作时耗电功率小于 1W。 该长时间定时器电路实现了技术指标的全部功能，设计思路明了，简单。硬件的联接没出现大的问题。总的来说，这次课程设计成功完成。参考文献:1 阎石.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社，1998.122吴文波.现代家庭电子制作精品.北京:科学出版社，1996.053洪明，隋元.精选家用电子制作电路 300 例.北京:人民邮电出版社，1996.04 元器件名称 型 号 数 量 定时器 NE555P 2 电容 0.22F 1 电容 0.01F 1 电容 0.1F 1 电容 500F 1 电阻 20M 1 电阻 1K 1 电阻 100K 2 发光二极管 1 稳压二极管 1 全桥整流电路 1 变压器 1课程设计体会 一周的数电课程设计转眼就过去了，虽然这次课程设计只有短短的一周可是这一周的任务量却是不少。在这繁忙的一周里，我要特别感谢曹阳和王艳辉老师，在两位指导老师的帮助下我才能够顺利的完成了本次课程设计。在联接硬件的时候也得到了实验室老师和一些同学的帮助，在这里也一并感谢。 在本次课程设计中由于电路设计的核心部分只用到了 555 定时器，所以我对555 定时器的应用有了更加深刻的了解。在仿真过程当中有许多问题是没有想到的，比如在仿真的时候确定电阻和电容的数值问题，由于在实际联接的时候实验室没有提供相同数值的电阻和电容，所以还要从新确定电阻和电容的数值。在实际联接的时候，由于实际电压的带负载能 力不符合要求，故必须增加运放，使带负载能力增强，达到要求。这些问题在仿真的时候就没有考虑全面，使得在实际电路联接的时候出现了问题。由此可见，在作软件仿真的时候应该考虑到在实际中的应用问题，并不是仿真没有问题在实际的电路联接中就不会出现问题，在元器件选择的时候应注意到实际中是否提供该器件，不提供的话就应该用功能相同并且实际中能够提供的器件来代替。在在实际联接的时候，一定要注意各个电器元件的工作范围，避免不必要的麻烦。 这次的数字电路课程设计要比上学期的模拟电子课程设计有难度，通过本次课程设计使得我对设计电路，对我有了颇深的感触:进行方案选择时要把握全局、有整体意识;理论要有创新有发挥，实践要反复体会，做事情都要脚踏实地，切不可好高骛远，眼高手低，必须通过实验来验证方案的合理性和正确性，切不可凭空想象。同时，使得我对计算机 EWB 仿真软件应用的更加熟练，进一步锻炼了我的思考和动手能力。使我将理论上学习的东西和实际的应用很好的连接在一起，加大了我学习本专业知识的兴趣。总的来说，这次数字电路课程设计十分成功。