电器设备定时开关机控制电路的优化设计

1）系统设计任务和功能要求

（1）可随机设置定时开始时间和定时结束时间，定时开始，指示灯亮，继电器通，其触点闭合，设备通电；定时结束，指示灯灭，继电器不通，其触点断开，设备不通电。

（2）具有数字电子钟功能，数字显示的时间为4位，分从“00”至“59”，时从“00”至“23”；

2）系统总体功能结构框图

根据设计任务和功能要求，该系统的功能结构框图如图11.18所示。由图可知，该系统的数据处理器由数字电子钟单元和开关机时间编码单元组成，控制器由时间比较单元、控制单元和指示灯继电器电路组成，最终完成电器设备的开、关机控制功能。

图11.18　电器设备定时开关机控制系统功能结构框图

3）各功能模块的简单分析与设计

（1）数字电子钟单元的设计

该单元的功能结构框图如图11.19所示。参照图11.13用两片74LS160和与非门即可分别设计六十进制“秒”、“分”和二十四进制“时”计时电路，分计时和时计时分别接数码显示。

图11.19　数字电子钟部分的功能结构框图

（2）开关机时间编码单元的设计

由于开关机时间为十进制数字，所以需要要进行BCD编码。可以用8个10线/4线BCD码编码器组成，其中4个对开机时间输入的“时”数字（十位、个位）、“分”数字（十位、个位）进行BCD编码，另4个对关机时间输入的“时”数字（十位、个位）、“分”数字（十位、个位）进行BCD编码。10线/4线BCD码编码器可选用74LS147，其引脚如图11.20所示，当输入端11、12、13、1、2、3、4、5、10中某一端为低电平时，输出14、6、2、9端输出对应数码1～9的BCD码的反码，当9个输入端都没有输入低电平时，输出为对0的BCD编码的反码1111。所以74LS147的输出要经非门（例如74LS04）后才能变为BCD原码。(www.xing528.com)

（4）由时间比较单元和控制单元组成的控制器的设计

设控制单元输出信号为Y，则其时序图应如图11.21所示。就是说在开机时间未到前，Y初始状态为0；开机时间到，时间比较单元输出为1，使Y状态转换为1，直到关机时间到，时间比较单元输出第二次为1，Y又回到初始状态0。所以控制单元可以用一个D触发器构成T′触发器为核心器件来实现。

图11.20　74LS147引脚图

图11.21　控制单元输出信号Y的时序图

时间比较单元可以用8个数值比较器74LS85组成，8个数值比较器对数字电子钟的4位时、分的BCD码输出与编码器输出的开始时间和结束时间的时、分BCD码进行二次比较，例如数字钟“分”的个位的计数BCD码输出为QD、QC、QB、QA，开机时间“分”的个位的BCD码输出为KQD、KQC、KQB、KQA，把它们输入74LS85的对应输入端，如图11.22（a）所示，当它们相等时，74LS85的6脚输出D=1。设数字电子钟输出与开始设定时间相比较的4个数值比较器的输出为A、B、C、D，与结束设定时间相比较的4个数值比较器的输出为E、F、G、H。设Z为T′触发器的时钟信号。则Z的函数式为Z=ABCD+EFGH。

控制单元和指示灯继电器电路的原理图如图11.22（b）所示。控制单元由与非门、非门、或门、T′触发器组成，X为T′触发器的复位信号，图中指示灯用发光二极管VD2，继电器为KJ，三极管VT1是VD2和KJ的驱动管。M、N为电器设备的电源控制端。

图11.22（b）工作原理如下：首先X输入负脉冲使T′清0，当数字钟走到与开始设定的时间相同时，ABCD由0变1（持续1 min后又变为0），74LS32输出触发脉冲，使T′触发器由0变1，VT1导通、VD2亮，继电器线圈通电，常开触点闭合，MN接通电器设备电源。当数字钟走到与结束设定的时间相同时，EFGH由0变1，（持续1 min后又变为0），74LS32第二次输出触发脉冲，使T′触发器由1变0，VT1截止、VD2灭，继电器线圈不通电，常开触点打开，MN断开电器设备电源。

图11.22　时间比较单元与控制单元

实现所设计的电器设备定时开关机控制电路的器件如表11.2所示。

表11.2　电器设备定时开关机控制电路的各功能单元的组成器件