秒级精度的调式定时器的设计与制作陈帅.doc

秒级精度的可调式定时器的设计与制作 作者：陈帅 【摘要】：设计并制作一个秒级精度的可调式定时器，能够产生高稳定度的脉冲信号，经分频可得到秒时基信号用于定时控制电路。 本定时器是一种控制精度可达秒级的定时控制电路，可用于需要精确控制定时的电路中。电路中采用石英晶体振荡器作为时基信号源，通过数字电路的分频，取得精确的秒信号。再通过一只数字分频电路将秒信号进一步分频，从不同的分频输出端控制信号，组成定时可调的定时控制电路，将定时输出的控制信号去触发一个由555电路组成的单稳态电路，并通过继电器去控制被控电路的工作状态。本电路定时时间范围为2——2048S，通过选择开关分11级输出。 【关键词】：石英晶体振荡器 多级数字分频电路 NE555 单稳态电路 继电器 引言 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，电子技术的飞速进步，用数字电路技术实现的自动化控制，例如555定时器，它是一种电路结构简单、使用灵活、用途广泛的多功能电路。只要外部少数几个阻容元件便可组成施密特触发器、单稳态触发电路、多谐震荡器等电路。555定时器的电源电压范围宽，双极型555定时器为5～16V，COMS555定时器为3～18V。可以提供与TTL及COMS数字电路兼容的接口电平。555定时器还可以输出一定的功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等。它的脉冲波形的产生与变换、仪器与仪表、测量与控制、家用电气与电子玩具等领域都有广泛的应用。 随着科技的不断发展，生产工作等方面自动化程度不断提高，尤其是随着我们进入纳米时代，人们越来越重视测量的精确化。当实现生产的自动化时，做一项工作要多少秒？当火箭发射时，需要多少秒进行第二次、第三次点火？当你遇到生命危险时，需要自动求救装置多少秒自动进行求救？这些都需要一个高精度的定时装置。秒级精度的可调式定时器可以帮助你进行高精度的定时。 主电路的设计方案 一. 设计要求 （1）该电路具有定时控制电路，控制外围电路; (2) 定时时间2—2048S；（3）时间精确度小于1S；（4）自制+12V稳压直流电源。 二．设计方案 1.方案一 电路采用14位二进制串行计数/分频器CD4060构成高精度秒时基信号源，它的振荡电路由32768Hz的电子钟表用石英晶体振荡器产生。经过2分频电路、多级可调时预置电路产生触发脉冲，控制定时输出电路进行定时。设计电路框图如图1。 图1 2.方案二 方案二是由555定时器构成多谐振荡器，利用充放电时间差来产生高精度秒时基信号源，不需要 2次分频，再通过多级可调定时预置电路来控制定时输出电路进行定时。设计电路框图如图2。 图2 3.方案的确定 ①虽然方案二的电路结构比方案一简单，所需的元器件也比较少，但是方案一由CD4060产生的秒时基信号源比方案二由555定时器产生的秒时基信号源频率更稳定，所产生的信号源更精确，更符合任务书要求。 ②为使电路具有更高的Q值以提高振荡频率的稳定性，这里选择CMOS非门，从减小电路功耗的角度来考虑， 这也是一种较好的选择，因此，电路的其它部分也应尽量采用CMOS集成电路来实现，方案一符合这一要求。 ③方案一所需的元器件实验室也可以购得，所需的元件价钱不高，因此我选用方案一。 第二章、电路的工作原理 一 主电路原理 本定时器是由石英晶体振荡器产生的高稳定度的脉冲信号，通过数字电路多级分频后取得1Hz的秒时基信号，再通过多级数字分频电路的分频，取得多种时间的控制信号并通过继电器控制工作电路。本电路定时时间范围为2……2048S，通过选择开关分11级输出。电路图如图3。图3所示为精密数字式定时控制电路。该控制器由高精度秒时基信号源、2分频电路、多级可调定时预置电路和定时输出电路与继电器驱动电路组成。 图3 二 构成电路各硬件部分原理分析 1.高精度秒时基信号源 高精度秒时基信号源是由14位二进制串行计数/分配器CD4060、电子钟表用石英晶体振荡器(它固有频率为32768Hz)等组成。 CD4060内包含两个反相器，这两个反相器可通过外接RC元件或石英晶体组成振荡器。本电路由石英晶体振荡器产生的32768Hz脉冲信号经CD4060内部14级二进制计数器，每个计数器可用作一个2分频，其分频范围为24--214，即16—16384。后由③脚(Q14)输出，输出的脉冲频率为2Hz。 晶体振荡器电路 一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路构成；另一类是通过CMOS非门构成的电路，如图4所示，从图上可以看出其结构非常简单。该电路广泛使用于各种需要频率稳定及准确的数字电路，如数字钟、电子计算机、数字通信电路等。 图4 图4所示电路中，CMOS非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡