CN104184436A - 一种宽供电电压可触发的精确定时电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽供电电压可触发的精确定时电路，包括分别与电源相连接的第一比较器、第二比较器、定时器以及计数器，其中，第一比较器与第二比较器的输入端连接有触发控制电路，第一比较器的输出端定时器的复位端相连接，第二比较器的输出端与计数器的复位端相连接，且第二比较器上连接有正反馈电路；定时器上连接有用于改变多谐振荡方波周期的多谐振荡电路；计数器上连接有分频计时电路，定时器的输出端与计数器相连接，计数器的输出端与触发控制电路相连接；本发明提供的精确定时电路，是一种电路结构简单、在高低温等恶劣环境条件下定时精度高、能适应宽供电电压范围、具有反复触发功能的精确定时电路。

Description

一种宽供电电压可触发的精确定时电路

技术领域

本发明属于定时电路技术领域，涉及一种宽供电电压可触发的精确定时电路。

背景技术

现有的定时电路大多采用以下三种形式。其一、基于数字电路的定时电路。这种电路以数字信号处理电路为核心，利用晶振等元件给数字信号处理芯片提供的高精度时钟信号，通过数字信号处理电路实现可触发精确定时功能。这种电路应用中的局限性：为了保证晶振及数字信号处理芯片正常工作，必须给电路提供较高精度要求的供电电源。所以这种电路的结构比较复杂，且不能适应宽供电电压范围。

其二、基于555定时器单稳态触发器的定时电路。这种电路以555定时器为核心，利用555电路不能满足高低温等恶劣环境下高精度定时需要构成的单稳态电路，实现可触发定时功能。这种电路应用中的局限性：应用于分钟级定时时，定时电容容量大(数微发～数十微发)，定时电容高低温漏电流变化和容量变化大，导致定时时长变化超过50％，所以该电路高低温环境下定时精度差。所以，这种电路不能满足高低温等恶劣环境下高精度定时需要。

其三、基于555定时器多谐振荡器、4060计数器和可关断型电源芯片的定时电路。这种电路通过555定时器多谐振荡为4060计数器提供时钟，通过4060计数器分频功能实现计时，当计时达到设定时长时，由4060计数器向可关断型电源芯片提供关断信号，令该电源芯片关断给555定时器和4060计数器的供电，结束555定时器和4060计数器的计时动作，从而实现设定时长的定时功能。这种电路应用中的局限性：首次上电后就开始定时，定时结束后自断电，不能被再次触发定时。所以，这种定时电路不具有反复可触发定时功能，不能满足多次可触发定时需要。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种宽供电电压可触发的精确定时电路，该电路结构简单、在高低温等恶劣环境条件下定时精度高、能适应宽供电电压范围、具有反复触发功能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

包括：分别与电源相连接的第一比较器、第二比较器、定时器以及计数器，其中，第一比较器与第二比较器的输入端连接有触发控制电路，第一比较器的输出端定时器的复位端相连接，第二比较器的输出端与计数器的复位端相连接，且第一比较器上连接有正反馈电路；定时器上连接有用于改变多谐振荡方波周期的多谐振荡电路；定时器的输出端与计数器相连接，计数器的输出端与触发控制电路相连接。

所述触发控制电路包括第一电阻R1，第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6以及触发开关，其中，第一电阻R1、第四电阻R4以及第六电阻R6的一端与电源相连接，第一电阻R1的另一端与第一比较器的负极、第二比较器的正极以及第二电阻R2的一端相连，R2的另一端与第三电阻R3以及触发开关的一端相连接，第三电阻R3以及触发开关的另一端接地；第四电阻R4的另一端与第一比较器的正极、第二比较器的负极以及第五电阻R5的一端相连接，第五电阻R5的另一端接地；第六电阻R6的另一端与第一比较器的输出端、第二比较器的负极相连接。

当电源上电且不按触发开关时，第一比较器输出低电平，第二比较器输出高电平，定时器和计数器均不工作，电路处于不计时状态；当按下触发开关时，第一比较输出高电平，第二比较器输出低电平，定时器开始工作，计数器开始计时。

所述第一电阻R1、第三电阻R3以及第四电阻R4的阻值为100K，第二电阻R2以及第六电阻R6的阻值为20K，第五电阻R5的阻值为47K。

所述计数器的输出端与第三电阻R3的一端以及触发开关的一端相连接。

所述计数器的第一输出端上安装有二极管。

所述第一比较器的输出端与负极之间设置有二极管，构成正反馈电路。当未接到定时触发信号时，第一比较器和第二比较器输出信号令定时器和计数器均处于复位状态；第一比较器输出状态通过正反馈锁定并保持，第二比较器输出高电平，表示定时电路处在非定时状态；

当接到定时触发信号时，低电平触发信号令第一比较器输出状态翻转，翻转后的状态通过正反馈锁定并保持，定时器和计数器复位状态被解除，定时电路输出由高电平变为低电平，表示定时开始；复位状态被解除后定时器多谐振荡器输出信号作为计数器的时钟脉冲，计数器开始计时；利用计数器的分频功能，当其接受的时钟脉冲达到设定的数量时，其分频输出引脚输出高电平，分频输出引脚输出的高电平令比较器输出状态再次翻转到定时开始前状态，此状态通过正反馈锁定并保持，令定时器和计数器再次处于复位状态，定时电路输出逻辑由低电平变为高电平，表示定时结束；

当定时结束后，比较器、定时器以及计数器均恢复到定时开始前的状态，再次等待低电平触发信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的精确定时电路，是一种电路结构简单、在高低温等恶劣环境条件下定时精度高、能适应宽供电电压范围、具有反复触发功能的精确定时电路。该电路主要有五个特点：

1)能适应宽供电电压范围。数字电路对供电电压范围的要求比较苛刻，大的电网波动可能会使得数字电路工作不正常。本电路是基于宽范围供电的芯片，芯片的工作电压决定定时电路的工作电压，通过对芯片工作电压的汇总，得出在5V～20V供电电压范围内电路都能可靠实现精确定时功能。供电电压波动及其纹波噪声不影响定时精度。

2)能适应高低温等恶劣环境条件，由于采用军品级芯片，耐温等级较高，因此在-55℃～+125℃环境温度下电路都能可靠实现精确定时功能。

3)具有重复可触发定时功能，以往的定时电路中，只要电路加电启动定时就自动开始工作，当定时结束后若想再次定时必须重新加电启动，频繁启动会影响到产品的寿命，为克服上述缺点本电路加入一个单次触发开关，可以自由控制定时开始的时间，既增加了电路的灵活性，又避免了由于频繁启动对电路造成的损伤。

4)电路结构简单。电路所用元器件数量少，均为常见元器件，全部具有国产化产品，元器件易获得。

5)应用广泛。电路易调试，通过对定时电阻和定时电容的调整，可以灵活适应不同应用场合不同定时时长的精确定时需求。

附图说明

图1为本发明的可触发精确定时电路图

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1所示，本发明提供了一种宽供电电压可触发的精确定时电路，包括分别与电源相连接的第一比较器、第二比较器、定时器以及计数器，其中，第一比较器与第二比较器的输入端连接有触发控制电路，第一比较器的输出端定时器的复位端相连接，第二比较器的输出端与计数器的复位端相连接，且第一比较器上连接有正反馈电路；定时器上连接有用于改变多谐振荡方波周期的多谐振荡电路；计数器上连接有分频计时电路，定时器的输出端与计数器相连接，计数器的输出端与触发控制电路相连接；当电源上电且不按触发开关时，第一比较器输出低电平，第二比较器输出高电平，定时器和计数器均不工作，电路处于不计时状态；当按下触发开关时，第一比较输出高电平，第二比较器输出低电平，定时器开始工作，计数器开始计时。

具体的，所述触发控制电路包括第一电阻R1，第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6以及触发开关，其中，第一电阻R1、第四电阻R4以及第六电阻R6的一端与电源相连接，第一电阻R1的另一端与第一比较器的负极、第二比较器的正极以及第二电阻R2的一端相连，R2的另一端与第三电阻R3以及触发开关的一端相连接，第三电阻R3以及触发开关的另一端接地；第四电阻R4的另一端与第一比较器的正极、第二比较器的负极以及第五电阻R5的一端相连接，第五电阻R5的另一端接地；第六电阻R6的另一端与第一比较器的输出端、第二比较器的负极相连接，其中，计数器的输出端与第三电阻R3的一端以及触发开关的一端相连接。计数器的第一输出端Q14上安装有二极管，第一比较器的输出端与负极之间设置有二极管，构成正反馈电路。第一电阻R1、第三电阻R3以及第四电阻R4的阻值为100K，第二电阻R2以及第六电阻R6的阻值为20K，第五电阻R5的阻值为47K。

当未接到定时触发信号时，第一比较器和第二比较器输出信号令定时器和计数器均处于复位状态；第一比较器输出状态通过正反馈锁定并保持，第二比较器输出高电平，表示定时电路处在非定时状态；

当接到定时触发信号时，低电平触发信号令第一比较器输出状态翻转，翻转后的状态通过正反馈锁定并保持，定时器和计数器复位状态被解除，定时电路输出由高电平变为低电平，表示定时开始；复位状态被解除后定时器多谐振荡器输出信号作为计数器的时钟脉冲，计数器开始计时；利用计数器的分频功能，当其接受的时钟脉冲达到设定的数量时，其分频输出引脚输出高电平，分频输出引脚输出的高电平令比较器输出状态再次翻转到定时开始前状态，此状态通过正反馈锁定并保持，令定时器和计数器再次处于复位状态，定时电路输出逻辑由低电平变为高电平，表示定时结束；

当定时结束后，比较器、定时器以及计数器均恢复到定时开始前的状态，再次等待低电平触发信号。

所述多谐振荡电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11，第八电阻R8的一端与电源连接，另一端与第九电阻R9的一端相连接，第九电阻R9的另一端与定时器的DISG端以及第十电阻R10的一端相连接，第十电阻R10的另一端与第十一电阻R11的一端相连接，第十一电阻R11的另一端与定时器的THRE端、TRIG端以及定时电容C5相连接，电容C5的另一端接地。

本发明中，第二比较器的正反馈端连接有第一电容C1，第二比较器的输出端连接有通过第七电阻R7与电源正极连接，且第二比较器的输出端上还设置有用于输出的外接电路，计数器的电源端连接有第二电容C2，定时器的电源端连接有第三电容C3，定时器的CD端连接有第四电容C4。

示例性的，本发明以第一比较器和第二比较器采用LM193芯片，计数器采用CD4060芯片，计数器为NE555芯片，二极管为MMDL914T1为例进行说明。

本发明定时电路工作原理：

在未接到定时触发信号时，193比较器输出信号令555定时器和4060计数器均处于复位状态。193比较器输出状态通过正反馈锁定并保持，定时电路输出逻辑高电平，表示定时电路处在非定时状态。

低电平触发信号令193第二比较器输出状态翻转，翻转后的状态通过正反馈锁定并保持，此时555定时器和4060计数器复位状态被解除，定时电路输出逻辑由高电平变为低电平，表示定时开始。复位状态被解除后555定时器多谐振荡器输出信号作为4060计数器的时钟脉冲，4060计数器开始计时。利用4060计数器的分频功能，当其接受的时钟脉冲达到设定的数量时，其分频输出引脚输出高电平。此高电平令193比较器输出状态再次翻转到定时开始前状态，此状态通过正反馈锁定并保持，令555定时器和4060计数器再次处于复位状态，定时电路输出逻辑由低电平变为高电平，表示定时结束。

定时结束后，193比较器、555定时器和4060计数器均恢复到定时开始前的状态，再次等待低电平触发信号。

本发明定时电路实现方法：

包括193比较器状态保持及触发控制电路、555定时器多谐振荡电路、

4060分频计时电路。

通过调整555定时器多谐振荡电路定时电容和定时电阻的值，可以改变多谐振荡方波的周期，亦即改变4060计数器时钟脉冲的频率，从而改变定时电路定时时长。

4060计数器共有10个分频输出引脚，分别实现对其输入时钟信号2⁴、2⁵、2⁶、2⁷、2⁸、2⁹、2¹⁰、2¹²、2¹³、2¹⁴的分频功能，这些引脚对应的分频输出信号频率由高到低变化。定时结束时利用4060分频输出信号给出的高电平信号令193比较器输出状态由计时状态翻转到定时开始前的非计时状态。对于短定时时长(如毫秒级定时)，该高电平信号宜由分频信号高频输出引脚给出；对于长定时时长(如分钟级定时)，该高电平信号宜由分频信号低频输出引脚给出。

具体工作过程分析如下：在电源上电且不按触发开关时，通过对分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6参数值的选取使得第一比较器193芯片1脚输出为低，7脚输出为高。1脚为低电平会使555定时器芯片的4脚输入为低电平，低电平使555定时器复位，多谐振荡电路不工作，即555定时器的3脚无输出脉冲。同时第二比较器193的7脚与4060计数器的12脚RESET相连接，用于控制4060计数器芯片的工作，高电平复位，低电平计数，此时7脚为高电平计数器也不工作。由此可知在此时电路中555定时器和4060计数器均不工作，电路处于不计时状态。当按下触发开关时，第三电阻R3被瞬间短路，由于分压电阻的关系相当于第一比较器193的2脚电位被拉至低于3脚的电位，导致J193芯片1脚输出为高电平，由于1脚和第二比较器193的6脚连接，则6脚电压高于5脚，使得第二比较器193的7脚输出为低电平，由于1脚为高电平，7脚为低电平，555定时器开始工作并且4060计数器输出为低电平表示其开始计时，计时时间由555定时器的外围器件R8、R9、R10、R11、C5和4060计数器共同决定，当计时结束时，4060计数器输出高电平使得第一比较器193的2脚和第二比较器193的5脚电压被抬高到接近于供电电压(12V左右)，此时，电路工作状态恢复到起初的第一比较器193的芯片1脚输出为低，第二比较器193的7输出为高的状态。这种状态使得555定时器和4060计数器均不工作，等待开关的下一次触发。其中，本发明所涉及的可触发精确定时电路可按图1实施，具体参数的推荐值为：R1＝R3＝R4＝R7＝100K；R2＝R6＝20K；R5＝47K；R8＝330K；R9＝R10＝R11＝1M；C1＝C2＝C3＝C4＝C5＝10000pF

实验证明：

通过对电路的设计以及验证，进行一系列的试验数据整理如下：

通过上述数据可以看出五分十五秒的定时变得十分准确，尤其在高低温环境下，时间偏差最多不超过三秒，即小于定时总时间的百分之一，具有极高的精确性。

Claims (8)

1.一种宽供电电压可触发的精确定时电路，其特征在于，包括：分别与电源相连接的第一比较器、第二比较器、定时器以及计数器，其中，第一比较器与第二比较器的输入端连接有触发控制电路，第一比较器的输出端与定时器的复位端相连接，第二比较器的输出端与计数器的复位端相连接，且第一比较器上连接有正反馈电路；定时器上连接有用于改变多谐振荡方波周期的多谐振荡电路；定时器的输出端与计数器相连接，计数器的输出端与触发控制电路相连接。

2.根据权利要求1所述的宽供电电压可触发的精确定时电路，其特征在于，所述触发控制电路包括第一电阻R1，第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6以及触发开关，其中，第一电阻R1、第四电阻R4以及第六电阻R6的一端与电源相连接，第一电阻R1的另一端与第一比较器的负极、第二比较器的正极以及第二电阻R2的一端相连，R2的另一端与第三电阻R3以及触发开关的一端相连接，第三电阻R3以及触发开关的另一端接地；第四电阻R4的另一端与第一比较器的正极、第二比较器的负极以及第五电阻R5的一端相连接，第五电阻R5的另一端接地；第六电阻R6的另一端与第一比较器的输出端、第二比较器的负极相连接。

3.根据权利要求2所述的宽供电电压可触发的精确定时电路，其特征在于，当电源上电且不按触发开关时，第一比较器输出低电平，第二比较器输出高电平，定时器和计数器均不工作，电路处于不计时状态；当按下触发开关时，第一比较输出高电平，第二比较器输出低电平，定时器开始工作，计数器开始计时。

4.根据权利要求2或3所述的宽供电电压可触发的精确定时电路，其特征在于，所述第一电阻R1、第三电阻R3以及第四电阻R4的阻值为100K，第二电阻R2以及第六电阻R6的阻值为20K，第五电阻R5的阻值为47K。

5.根据权利要求2所述的宽供电电压可触发的精确定时电路，其特征在于，所述计数器的输出端与第三电阻R3的一端以及触发开关的一端相连接。

6.根据权利要求5所述的宽供电电压可触发的精确定时电路，其特征在于，所述计数器的第一输出端上安装有二极管。

7.根据权利要求2所述的宽供电电压可触发的精确定时电路，其特征在于，所述第一比较器的输出端与负极之间设置有二极管，构成正反馈电路。

8.根据权利要求1所述的宽供电电压可触发的精确定时电路，其特征在于，当未接到定时触发信号时，第一比较器和第二比较器输出信号令定时器和计数器均处于复位状态；第一比较器输出状态通过正反馈锁定并保持，第二比较器输出高电平，表示定时电路处在非定时状态；

当接到定时触发信号时，低电平触发信号令第一比较器输出状态翻转，翻转后的状态通过正反馈锁定并保持，定时器和计数器复位状态被解除，定时电路输出由高电平变为低电平，表示定时开始；复位状态被解除后定时器多谐振荡器输出信号作为计数器的时钟脉冲，计数器开始计时；利用计数器的分频功能，当其接受的时钟脉冲达到设定的数量时，其分频输出引脚输出高电平，分频输出引脚输出的高电平令比较器输出状态再次翻转到定时开始前状态，此状态通过正反馈锁定并保持，令定时器和计数器再次处于复位状态，定时电路输出逻辑由低电平变为高电平，表示定时结束；

当定时结束后，比较器、定时器以及计数器均恢复到定时开始前的状态，再次等待低电平触发信号。