數(shù)顯時(shí)序控制系統(tǒng)的應(yīng)用

王　沖

摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,時(shí)序控制的方式也再不斷提高和改善,以彩燈控制為例,在單位門廊、建筑物外廊或在節(jié)日都安裝有變化的彩燈,但目前所采用的部分控制系統(tǒng)還存在一定的不足,主要有以下幾方面:控制系統(tǒng)變化多于單調(diào);無定時(shí)和顯示功能;控制系統(tǒng)部分還采用有觸點(diǎn)控制,易產(chǎn)生故障,且體積較大。

關(guān)鍵詞:電路;計(jì)數(shù)器;CP脈沖

中圖分類號:TP368文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)20-0104-03

一、方案選擇

根據(jù)目前部分系統(tǒng)中的不足,現(xiàn)對以下設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論述(以彩燈控制為例)。本系統(tǒng)主要由數(shù)顯定時(shí)電路和彩燈多變控制電路組成。數(shù)顯定時(shí)電路主要是對脈沖進(jìn)行計(jì)時(shí),且用LED數(shù)字顯示剩余時(shí)間,采用CMOS集成電路十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分配器CC4017進(jìn)行計(jì)數(shù),通過BCD—七段碼譯碼器74LS48譯碼輸出給LED顯示。彩燈多變控制電路主要通過CC4040二進(jìn)制計(jì)數(shù)器對CC4510計(jì)數(shù)器(加、減計(jì)數(shù)控制)和CC4066四雙向開關(guān)(通、斷)的控制,從而控制可控硅的通斷來達(dá)到彩燈控制的目的。方案的方框圖如圖1所示,主要由時(shí)鐘發(fā)生器、計(jì)時(shí)電路、定時(shí)時(shí)間切換電路、十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路、編碼電路、驅(qū)動(dòng)電路、BCD—七段譯碼電路、顯示電路、電源電路、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、等電路組成。

二、單元電路設(shè)計(jì),參數(shù)計(jì)算和器件選擇

(一)時(shí)鐘發(fā)生電路

時(shí)鐘發(fā)生電路輸入由變壓器副邊一組繞組經(jīng)二極管半波整流,再經(jīng)過三極管BG1,利用三極管的飽和與截止二個(gè)狀態(tài),把半波變換為矩形波輸出,電容C2的作用是濾掉干擾信號,電路與輸入、輸出波形如圖2所示。

(二)計(jì)時(shí)電路

該電路采用6片集成電路,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分配器CC4017進(jìn)行計(jì)數(shù)或分頻,根據(jù)不同的接法,可以把計(jì)數(shù)器接成不同的分頻器,CC4017有三個(gè)輸入脈沖,EN為下降沿觸發(fā)輸入脈沖,設(shè)置兩個(gè)時(shí)鐘脈沖輸入端,在級聯(lián)時(shí)比較方便,CR為清零端,當(dāng)CR為高電平時(shí),計(jì)數(shù)器清零,CR為低電平時(shí),計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù),有譯碼輸出,根據(jù)設(shè)計(jì)要求在十進(jìn)制計(jì)數(shù)器內(nèi)可以任意選擇,若要接成六進(jìn)制,只要把Q6接到CR上,這樣當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到6時(shí),相應(yīng)的Q6變?yōu)楦唠娖?從而使CR也變?yōu)楦唠娖?使計(jì)數(shù)器清零,從新開始計(jì)數(shù),為避免邏輯關(guān)系混亂,在Q6和CR間正向串聯(lián)一個(gè)二極管,同理若要接成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器,只要把Q5用二極管接到CR端,其余進(jìn)制依次推理。

(三)定時(shí)切換電路

該電路主要由一只多段開關(guān)組成,其公共端接到十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路CP端,其從第1~5腳分別接到U3、U4、U5、U6、U7的Q0腳,于是就得到了不同的定時(shí)時(shí)間,開關(guān)打至1擋時(shí)定時(shí)時(shí)間為10秒,2擋時(shí)為100秒,3擋為10分,4擋為100分鐘,5擋為10小時(shí)。

(四)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路

該電路主要由一塊十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分配器CC4017組成,并在加電路時(shí)能自動(dòng)復(fù)位,使Q0~Q8全部為零,CP端接在定時(shí)切換電路的公共端,負(fù)責(zé)對定時(shí)切換電路送來的時(shí)間脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù),面復(fù)位電路由R20、C6組成,其聯(lián)值為C6=0.1uF,R20=30kΩ。

(五)編碼電路

該電路作用是把十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的輸出Q0~Q8譯成BCD碼,要求Q0輸出高電平時(shí)經(jīng)過二極管矩陣電路編碼為1001,Q1=1時(shí),編碼DCBA=1000,Q2=1時(shí),DCBA=0111,Q3=1時(shí),DCBA=0110,Q4=1時(shí),DCBA=0101,Q5=1時(shí),DCBA=0100,Q6=1時(shí),DCBA=0011,Q7=1時(shí),DCBA=0010,Q8=0時(shí),DCBA=0001。

(六)BCD—七段譯碼器和LED顯示

該電路采用TTL集成電路74LS48,BCD—七段譯碼器,把BCD碼譯成LED顯示器所需的碼,要求為DCBA=1001時(shí),LED顯示為“9”,DCBA=1000時(shí),顯示為“8”,DCBA=0111時(shí),顯示為“7”,依次類推。

(七)驅(qū)動(dòng)電路

該電路主要由三極管Q9驅(qū)動(dòng)繼電器,當(dāng)編碼電路有輸出信號時(shí),即DCBA≠0000時(shí),Q9導(dǎo)通繼電器J得電吸合,而當(dāng)輸出信號為零時(shí),DCBA=0000時(shí),Q9截止,繼電器不得電,電源VDD通過繼電器J線圈和R4加在U2~U7的CR端,使六塊集成塊的CR腳為高電平,從而使U2~U7全部復(fù)位,即當(dāng)有編碼信號輸出時(shí),繼電器動(dòng)作,而沒有編碼信號輸出時(shí)繼電器不動(dòng)作,當(dāng)要進(jìn)行定時(shí)時(shí),先通過U2~U7全部復(fù)位,U8開始計(jì)數(shù),編碼矩陣有信號輸出,Q9導(dǎo)通,繼電器J得電吸合,使各復(fù)位信號為低電平,S2放開后,U2~U7開始計(jì)數(shù),從“9”一直到“0”,最后到無輸出時(shí),Q9截止,使復(fù)位信號有效,U2~U7全部復(fù)位,直到再次按S2按鈕,開始重新計(jì)數(shù),D21的作用是為繼電器J反向放電構(gòu)成回路,起保護(hù)作用。

(八)多諧振蕩器

振蕩器采用CD4069中的兩個(gè)反相器同R18、C7構(gòu)成多諧振蕩器,設(shè)1端為低電平,2端為則為高電平,同時(shí)通過R18向C7電容器充電,C7端電位隨充電時(shí)間不斷升高,使1號電位由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平,通過反相器,2端為低電平,4端為高電平,電容器C7通過R18、U11B放電,當(dāng)放電一定時(shí)間,電容器兩端電位下降,1號端電位則由高電平再次翻轉(zhuǎn)成低電平,如此循環(huán),產(chǎn)生振蕩脈沖,脈沖頻率主要由R18和C7決定,頻率=1/1.4R18C7

在R18兩端并聯(lián)三極管Q10可以改變振蕩頻率,當(dāng)Q10導(dǎo)通時(shí),其等效電阻下降,振蕩器頻率增加。

(九)彩燈控制電路分析

當(dāng)定時(shí)器設(shè)定好定時(shí)時(shí)間后,繼電器J閉合,同時(shí)接通彩燈控制電路的脈沖輸入和彩燈的電源,彩燈控制部分電路開始工作。

多諧振蕩器產(chǎn)生的CP脈沖同時(shí)加在U10(CC4040)和U12(CC4510)的輸入端,其中U10為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,其所接輸出端為Q8、Q9、Q10三端,Q8為每128Hz進(jìn)位,Q9為每256進(jìn)位,Q10為每512進(jìn)位。

1.當(dāng)CP脈沖在1Hz~128Hz時(shí)

U10的輸出端Q8、Q9、Q10輸出都為低電平,三極管Q10截止,U12(CC4510)十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器U/D端為低電平,則作減計(jì)數(shù)。U14(CC4066)雙向開關(guān)輸入端C為低電平,U14關(guān)斷。

當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖加在U12的PC端時(shí),Q3、Q2、Q1、Q0輸出為1001,同時(shí)加在U13的輸入端,U13輸出端Q9為高電平,其余輸出端為低電平,輸出端Q9高電平經(jīng)反相器加在U12的1號端,則U12輸出為D0、D1、D2、D3,即Q3、Q2、Q1、Q0分別為0011,同時(shí)作為U13的輸入,U13的輸出端Q3為高電平,通過D20使三極管Q5瞬間導(dǎo)通,產(chǎn)生觸發(fā)信號使雙向可控硅Q6導(dǎo)通,等DS4亮,待過零時(shí)自行關(guān)斷。

當(dāng)?shù)诙€(gè)脈沖時(shí)U12輸出端Q3、Q2、Q1、Q0為0010,則U13的輸出端Q2為高電平,通過D19使Q4導(dǎo)通,Q7導(dǎo)通,燈DS3亮。

同理,第三、四個(gè)脈沖時(shí)分別為燈DS2和DS1亮,一直循環(huán)到第128個(gè)脈沖時(shí),一共循環(huán)32次。

2.當(dāng)CP脈沖在128Hz~256Hz時(shí)

U10的輸出端Q8為高電平,Q9、Q10為低電平,則U12加計(jì)數(shù),U14雙向門導(dǎo)通。

當(dāng)此間第一個(gè)脈沖輸出時(shí),U12輸出端Q0、Q1、Q2、Q3分別輸出為0000,并作為U13的輸入信號,U13輸出端Q0、Q1、Q2、Q3分別輸出1000,因U14已導(dǎo)通,則U13的Q0端高電平分別通過D13、D17使Q2和Q5導(dǎo)通,同時(shí)觸發(fā)雙向可控硅Q9和Q6,則彩燈DS1和DS4亮。

第二個(gè)脈沖輸出時(shí),U12輸出端Q0、Q1、Q2、Q3輸出1000,U13輸出端Q1為高電平,通過D14和D18使Q2和Q3導(dǎo)通,彩燈DS1和DS2亮。

第三個(gè)脈沖輸出時(shí),U12輸出端Q0、Q1、Q2、Q3輸出0100,U13輸出端Q2輸出高電平,通過D15和D19使Q3和Q4導(dǎo)通,彩燈DS2和DS3亮。

第四個(gè)脈沖輸出時(shí),U12輸出端Q0、Q1、Q2、Q3輸出1100,U13輸出端Q3輸出高電平,通過D16和D20使Q4和Q5導(dǎo)通,彩燈DS3和DS4亮。

第五個(gè)脈沖輸出時(shí),U12輸出端Q0、Q1、Q2、Q3輸出0010,U13輸出端Q4輸出高電平,通過U11E、U11F使U12的CR為高電平,則U12輸出端為0000,并作為U13的輸入,使彩燈DS1和DS4亮。

當(dāng)以下脈沖以此出現(xiàn)時(shí),都按照以上分析循環(huán)進(jìn)行工作,兩盞彩燈同時(shí)發(fā)亮并有規(guī)律變化。

3.當(dāng)CP脈沖在256Hz~512Hz時(shí)

在此間的前128Hz時(shí):U10的輸出端Q8、Q10為低電平,Q9為高電平,在此間的后128Hz時(shí):U10的輸出端Q10為低電平,Q8、Q9為高電平。

(1)在前128Hz時(shí),因U10的Q8、Q10為低電平,Q9為高電平,則三極管Q10導(dǎo)通,振蕩器頻率增加(彩燈變化速度加快),U12作減計(jì)數(shù),U14關(guān)斷。

第一個(gè)脈沖輸出時(shí),U12的Q3、Q2、Q1、Q0輸出為1001,同時(shí)加在U13的輸入端,U13輸出端Q9為高電平,其余輸出端為低電平,輸出端Q9高電平經(jīng)反相器加在U12的1號端,則U12輸出為D0、D1、D2、D3,即Q3、Q2、Q1、Q0分別為0011,同時(shí)作為U13的輸入,U13的輸出端Q3為高電平,通過D20使三極管Q5瞬間導(dǎo)通,產(chǎn)生觸發(fā)信號使雙向可控硅Q6導(dǎo)通,等DS4亮,待過零時(shí)自行關(guān)斷。

當(dāng)?shù)诙€(gè)脈沖時(shí)U12輸出端Q3、Q2、Q1、Q0為0010,則U13的輸出端Q2為高電平,通過D19使Q4導(dǎo)通,Q7導(dǎo)通,燈DS3亮。

同理,第三、四個(gè)脈沖時(shí)分別為燈DS2和DS1亮,但由于CP脈沖頻率增加,則彩燈變化的速度加快(快流)。

(2)在后128Hz時(shí),因Q8、Q9為高電平,Q10為低電平,則三極管Q10仍然導(dǎo)通,CP頻率加快,同時(shí)U12作加計(jì)數(shù),U14導(dǎo)通。

當(dāng)此間第一個(gè)脈沖輸出時(shí),U12輸出端Q0、Q1、Q2、Q3分別輸出為0000,并作為U13的輸入信號,U13輸出端Q0、Q1、Q2、Q3分別輸出1000,因U14已導(dǎo)通,則U13的Q0端高電平分別通過D13、D17使Q2和Q5導(dǎo)通,同時(shí)觸發(fā)雙向可控硅Q9和Q6,則彩燈DS1和DS4亮。

第二個(gè)脈沖輸出時(shí),U12輸出端Q0、Q1、Q2、Q3輸出1000,U13輸出端Q1為高電平,通過D14和D18使Q2和Q3導(dǎo)通,彩燈DS1和DS2亮。

第三個(gè)脈沖輸出時(shí),U12輸出端Q0、Q1、Q2、Q3輸出0100,U13輸出端Q2輸出高電平,通過D15和D19使Q3和Q4導(dǎo)通,彩燈DS2和DS3亮。

第四個(gè)脈沖輸出時(shí),U12輸出端Q0、Q1、Q2、Q3輸出1100,U13輸出端Q3輸出高電平,通過D16和D20使Q4和Q5導(dǎo)通,彩燈DS3和DS4亮。

第五個(gè)脈沖輸出時(shí),U12輸出端Q0、Q1、Q2、Q3輸出0010,U13輸出端Q4輸出高電平,通過U11E、U11F使U12的CR為高電平,則U12輸出端為0000,并作為U13的輸入,使彩燈DS1和DS4亮。

當(dāng)以下脈沖以此出現(xiàn)時(shí),都按照以上分析循環(huán)進(jìn)行工作,兩盞彩燈同時(shí)發(fā)亮并有規(guī)律變化。但變化速度加快(快流)。

4.當(dāng)CP脈沖在512Hz~1024Hz時(shí)

(1)第一個(gè)128Hz,U10的Q8、Q9輸出低電平,Q10為高電平,三極管Q10截止,U12減計(jì)數(shù),U14導(dǎo)通,則彩燈根據(jù)CP脈沖有規(guī)律變化:DS4、DS3 → DS3、DS2 → DS2、DS1 → DS1、DS4 → DS4、DS3(由兩燈作逆向循環(huán)變化)。

(2)第二個(gè)128Hz,U10的Q9輸出低電平,Q8、Q10為高電平,三極管Q10截止,U12加計(jì)數(shù),U14導(dǎo)通,則彩燈根據(jù)CP脈沖有規(guī)律變化:DS1、DS4 → DS1、DS2 → DS2、DS3 → DS3、DS4(由兩燈作順向循環(huán)變化)。

(3)第三個(gè)128Hz,U10的Q8、輸出低電平,Q9、Q10為高電平,三極管Q10導(dǎo)通,U12減計(jì)數(shù),U14導(dǎo)通,則彩燈根據(jù)CP脈沖有規(guī)律變化:DS4、DS3 → DS3、DS2 → DS2、DS1 → DS1、DS4 → DS4、DS3(由兩燈逆向快速作循環(huán)變化)。

(4)第四個(gè)128Hz,U10的Q8、Q9、Q10為高電平,三極管Q10導(dǎo)通,U12加計(jì)數(shù),U14導(dǎo)通,則彩燈根據(jù)CP脈沖有規(guī)律變化: DS4、DS1 → DS1、DS2 → DS2、DS3 → DS3、DS4 → DS4、DS1(由兩燈作順向快速循環(huán)變化)。

三、結(jié)語

根據(jù)對系統(tǒng)的上述分析和論述可知,系統(tǒng)通過數(shù)字電路的控制,將時(shí)序控制(彩燈控制)分作快流、慢流、正流、逆流、單燈流、雙燈流等幾種模式,可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換,并采用可控硅無觸點(diǎn)控制,時(shí)間可以通過定時(shí)系統(tǒng)任意選擇,并由數(shù)碼顯示控制時(shí)間,使整個(gè)控制系統(tǒng)更加完善、實(shí)用。

作者簡介:王沖(1973-),男,浙江寧波人,寧波技師學(xué)院講師,研究方向:電工。