1、-毕业设计论文 计时仪1毕 业 设 计 论 文计 时 仪陈 嫣 姣指导老师姓名： 徐槿榆专 业 名 称： 电子信息技术/商务英语班 级 学 号： 04188133论文提交日期： 2008 年 01月 08日论文答辩日期： 2008 年 01月 22日2008年 01 月 08 日-毕业设计论文 计时仪2 【摘要】：在数字电路中，计数器属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。计数器不仅仅用来记录脉冲的个数，还大量用作分频、程序控制及逻辑控制等，在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。该四位计时器的精度可以达到0.01s，利用数字集成电路精确地计时，为产品生产提供了很好的帮助。该计时
2、仪主要采用数字集成电路来实现以上功能，设有四位数码管，利用CD4511和 CD4518进行计数和显示，体现了电路简单、稳定可靠、价廉、控制时间精确及系统体积小等优点。计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用 LED数码显示，简单直观，可适用于诸多行业，以满足现代生产、生活方式的需求。【关键字】:计时仪 CD4511 CD4518 【ABSTRACT】:Digital time is mainly used for the rapid industrial machinery operating time, particularly for the operation of sophi
3、sticated machinery time. The four 0.01s timer accuracy can be achieved using precision digital integrated circuits to time to help provide a good production. The time is mainly used to achieve the function of digital integrated circuits, digital control with four CD4511 and CD4518 count and use, als
4、o have control circuit. Users can realize the need to counter the need to control reflects a simple circuit, reliable and cheap. The small size and precision time control systems and so on. 【KEYWORDS】:Counter CD4511 CD4518 毕业设计论文 计时仪 3 目 录绪论第 1章 设计任务和要求11 基本任务和要求12 功能部分第 2章 计时仪原理22 计时仪简介23 计数仪的设计、原理
5、分析23.1 电源部分23.2 秒产生电路23.3 控制电路23.4 计数部分23.5 显示部分 第 3章 原器件的选择第 4章 硬件调试经验总结致谢参考文献附录一 整体电路原理图-毕业设计论文 计时仪4 绪 论在数字电路中，用来记录输入 CP脉冲个数的电路称为计数器，计数器属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。计数器不仅仅用来记录脉冲的个数，还大量用作分频、记时、定时、数字测试、运算和控制等电路，在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用，成为任何现代数字系统中不可缺少的组成部分。该四位计时器的精度可以达到 0.01s，利用数字集成电路精确地计时，为产品生产提供了很好的帮助。计数
6、器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用 LED数码显示，简单直观，可适用于诸多行业，以满足现代生产、生活方式的需求。计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用 LED数码显示，简单直观，可适用于诸多行业，以满足现代生产、生活方式的需求。该计时仪主要采用数字集成电路来实现以上功能，设有四位数码管，利用CD4511和 CD4518进行计数和显示，还设有控制电路，用户可以根据需要用以控制计数器来实现需要，体现了电路简单、稳定可靠、价廉、控制时间精确及系统体积小等优点。第 1章 设计任务和要求11 基本任务和要求1）任务：用数字电路设计一个数字计时仪2）基本要求： 1 时钟能够显示 秒
7、 毫秒 微妙,精度 0.01S2 电路具有可调时功能12 功能部分1）时间能够显示时2）提高时钟准确毕业设计论文 计时仪 5 第 2章 计时仪原理21 计时仪简介数字计时仪主要用于工业机器运转中的快速计时,尤其用于精密机器运转的计时。该四位计时器的精度可以达到 0.01s，利用数字集成电路精确地计时，为产品生产提供了很好的帮助。该计时仪主要采用数字集成电路来实现以上功能，设有四位数码管，利用CD4511和 CD4518进行计数和显示，还设有控制电路，用户可以根据需要用以控制计数器来实现需要，体现了电路简单、稳定可靠、价廉、控制时间精确及系统体积小等优点。22 计数仪的设计、原理分析电路设计原理
8、分析：计时仪以其显示时间的直观性、走时准确性而受到了人们的欢迎并很快走进了工业。作为一种计时工具，计时仪的基本组成部分离不开计数器，在控制逻辑电路的控制下完成预定的各项功能。所以电路分成两个部分进行设计:1.硬件部分: CD4511 CD4518 CD4513 CD40106 100K晶振 2000UF-16V电容 9V-5W变压器2.原理部分: 电路简单易懂,原理清晰,设计排版整齐.-毕业设计论文 计时仪6 原理框图如下：AC 220VDC5v分频电路100KHZ100HZ清零、复位、保持图 2.123.1 电源部分因为考虑到 4518、4513 等芯片的基本供电电源为 5V，所以电源 22
9、0V交流经过变压器之后，然后经过二极管桥式整流，2000UF 大电容滤波后采用三端固定稳压器7805进行供电。具体电路流程图如下：AC 220V 9V 2000uF DC5V DC5V图 2.2电源电路显示电路计数电路控 制 电 路脉冲电路二极管整 流变 压 器电 容滤 波稳 压电 路毕业设计论文 计时仪 7 在设计电路的时候，考虑到三端固定稳压器 7805的电源的输入输出特性，所以变压器应该在 8V-9V之间，故计时电路采用的变压器为 9V 9W变压器。经过以下桥式整流电路：图 2.3桥式整流电路和波形图再经过 9V 2000UF的电容滤波电路：图 2.4滤波电路电容滤波器是利用电容充电和放
10、电来使脉动的直流电变成平稳的直流电，最后送给三端固定稳压器，输出直流 5V电流。滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用，如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。50Hz工频电路中使用的普通电解电容器，其脉动电压频率仅为 100Hz，充放电时间是毫秒数量级。为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万 F，因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗-毕业设计论文 计时仪8 角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率高达数十 kHz，甚至是数十 MHz，这时电容量并不是其主要指
11、标，衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性，要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。三端固定稳压器 CW三端固定稳压器 78为固定式三端稳压器，它只能输出一个稳定电压。固定式三端稳压器的常见产品如图 1.1所示。图 2.5 CW78、CW79系列稳压器CW78系列稳压器输出固定的正电压， 7805 输出为5V。 图 2.6 CW78典型应用电路23.2 秒产生电路在电路中，各级 CD4518的 R、CP 端并接在一起，采用下跳沿计数，低位计数器的 Q3端接高位计数器的 CP端，这样，脉冲信号源产生的 100.00KH
12、Z 信号每次1/2CD4518被十分频一次，经过 3次十分频后，形成了秒脉冲信号。电路中，CD40106B 由 6个施密特触发器电路构成。每个电路的功能是作为一个带施密特触发器输入的反向器使用。 当正极性或负极性信号输入时，触发器在不同的点翻转。正极性(VP)和负极刑(VN)电压的不同之处由迟滞电压(VH)确定。毕业设计论文 计时仪 9 CD4518 10K CD4518 1KHZ CD4518 100 CD4518CP Q3 CP Q3 CP Q3 CP Q3 R CP R CP R CP R CP图 2.623.3 控制电路计时的开始、中断、停止、复位都需要进行控制，所以控制电路应该具有以
13、上功能。对其状态的控制，并不改变它的频率大小，所以我们可以通过 4013这个 D型触发器和 4081门电路来实现以上功能。实际的 2输入与门电路（如 CC4081）由 2个非门和 1个或非门组成。图 2.7 4013 管脚图 图 2.8 4013 功能表23.4 计数电路(4518)CD4518是二/十进制同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为 17 和 915。该计数器分是单路系列脉冲输入（1脚或 2脚；9 脚或 10脚） ，4 路 BCD码信号输出（3 脚6 脚；11脚14脚） 。此外还必须掌握其控制功能，否则无法工作。手册中给有控制功能的真值（又称功能
14、表） ，即集成块的使用条件，如表 2所示。从表中看出，CD4518 有两个时钟输入端CP和 EN，若用时钟上升沿触发，信号由 CP输入，此时 EN端应接高电平“1” ，若用时钟下降沿触发，信号由 EN端输入，此时 CP端应接低电平“0” ，不仅如此，清零（又称复位）端 Cr也应保持低电平“0” ，只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态，若不满足则 IC不工作。计数时，其电路的输入输出状态如表 3所示。值得注意，因表 3输出是二/十进制的 BCD码，所以输入端的记数脉冲到第十个时，电路自动复位100.00KHZ 脉冲源-毕业设计论文 计时仪10 0000状态。 从波形图中可以看出，Q4 端的
15、输出频率为原来脉冲的 0.1倍，所以利用 Q4脚的输出特性可以对 100MHZ的晶振进行分频来达到我们电路所需要的100HZ。图 2.9 4518管脚图 图 2.10 4518功能图 图 2.11 4518波形图根据 4518的的功能表， 我们可以知道当有脉冲触发时，EN 或者 CR管脚任意为高电平，芯片则开始加计数。具体的功能表及真值表如下：毕业设计论文 计时仪 11 CP EN CR 功能 1 0 加计数0 0 加计数X X 1 清零（复位）Q1-Q4为 0图 2.12 4518 的功能表输入 输出CP或 EN0123456789Q40000000011Q30000111100Q20011
16、001100Q10101010101图 2.13 4518的真值表我们还可以从真值表里得出，利用 EN端下降沿触发的特点组成 N位十进制计数器。从波形分析，当输入端的计数脉冲到第 10个时，电路自动复位 0000状态，因为 4518没有进位功能的引脚，所以应该充分利用第 6或 14脚输出脉冲的下降沿，利用该脉冲和 EN端相连，就可以实现电路进位的功能，根据分析结果，电路设计如下：-毕业设计论文 计时仪12 图 2.1423.5 显示电路(4511 及数码管)译码和数码显示电路是将数字钟的记时状态直观清晰地反映出来,被人们的视觉器官所接受。显示器件选用 LED七段数码管.在译码显示电路输出信号的
17、驱动下,显示出清晰,直观的数字符号。CD4511是 BCD-锁存/七段译码/驱动器，有灯测试功能；以反相器作输出级，用以驱动 LED或数码管；具有消隐输入；显示数 6时，a=0,显示 9时，d=0 . 1-B,2-C,3-LT（为灯测试输入端）,4-BI（数据输入端）,5-LE（锁存使能，锁存输入使能）,6-D,7-A,8-VSS（电源负极） （A，B，C，D 为门电路的输入端）9-e,10-d,11-c,12-b,13-a,14-g,15-f, 16-vdd(电源正极)（a,b,c,d,e,f,g 为译码输出；显示字符端输出，连接数码管的相应脚。图 2.15 4511的管脚图CD4511 是
18、一个用于驱动共阴 LED 显示器的 BCD 码七段码译码器，其引脚路如图 6.1 ，逻辑功能见表 2，8421 BCD 码对应的显示见图 7.1。其功能介绍如下：BI：当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭状态，不毕业设计论文 计时仪 13 显示数字。LT：当 BI=1，LT=0 时，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8” 。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：使能控制端，当 LE=0时，允许译码输出。 DCBA：为 8421BCD码输入端。 abcdefg：为译码输出，输出为高电平。-毕业设计论文 计时仪14 LED数码有共阳和共阴两种，把这些 LED
19、发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个 8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接 VCC和 GND。再把多个这样的 8字装在一起就成了多位的数码管了。 找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3 到 5伏）和 1个 1K（几百的也欧的也行）的电阻， VCC 串接个电阻后和 GND接在任意 2个脚上，组合有很多，但总有一个 LED会发光的找到一个就够了，然后用 GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个 LED（一般是 8个） ，那它就是共阴的了。相反用 VCC不动，毕业设计论文 计时仪 15 GND逐个碰剩下的脚，如果有多个 L
20、ED（一般是 8个） ，那它就是共阳的了。第 3章 原器件的选择+5V 电源LCD 数码管 4 个CD4511 芯片 4 个、CD4518 芯片 8 个、40106 芯片 3 个、4081、4013 芯片各一个100K 晶振一个，7805 稳压器一个电阻、电容若干第 4章 调试过程介绍接好电源，我准备认真调试。调试过程中，出现了数码管不亮的故障。在指导老师的帮助下，首先我检测 CD4511是否有电源 5V 供应， 根据电路图，准备测量与该数码管相连接的 CD4511之间的电路部分，用万用表*1 档，在电阻 R2间测量，结果显示正常，为 200欧姆，通过测量结果，可以判断问题故障出在数码管。接着
21、，我准备检测数码管是否接地，用万用表的电阻挡*1 档，两表笔分别放在 CD4511的8脚和数码管的 8脚，经过测量，表针不转动，显示无穷大。可以判断该数码管没有接地。所以进行数码管接地。接电源再次调试，出现数码管不计数的故障，根据电路图，首先我检测 CD4518是否有电源 5V 供应，用万用表*1 档，在 4个 CD4518的 8脚分别检测，结果显示正常，表针转动，再测 CD4518是否接地，用万用表*1 档，在 4个 CD4518的 16脚分别检测，表针不转动，显示无穷大。可以判断 CD4518没有接地。所以进行 CD4518接地。接电源再次调试，出现第 1个和第 3个数码管的 b段不亮的故
22、障，根据电路图，CD4511的 12脚与 b段相连，用万用表*1 档，在电阻 R2间测量，表针不转动，显示无穷大。通过测量结果，可以判断问题故障出在连接部分，检测两处都有掉线，所以进行焊接。接电源再次调试，显示结果为正常计时并显示。-毕业设计论文 计时仪16 经 验 总 结这次电路设计制作跟以往的制作相比，是我们在老师的指导下独立制作出来的，因此获得了很多的经验 ：能设计出一个良好的设计电路，扎实的基础知识是不可缺少的，因此前期找资料积累知识看似慢，实际上恰恰给后期的制作带来很大方便，往往更是节省了许多时间。在制作过程中，马虎不得，粗心不得，特别是电子类的设计更应该如此，一步一步来，逐个逐个调
23、试，不可囫囵吞枣，不可贪图方便。在调试过程中，我也出现了很多问题，问题基本都是因为不仔细，导致的一个个小错误。在实践当中，灵活运用书本上的所讲知识，万变不离其中，只有扎实掌握了核心方法，才有可能做到灵用巧用。毕业设计论文 计时仪 17 致 谢通过这次毕业设计，我学会了很多，也巩固了所学的知识，在此我感谢我的知道老师，感谢她对我们孜孜不倦的教诲，她为 我们放弃了很多个人的时间，甚至周末都留在学校辅导我们，徐老师为我指点迷津，精心点拨，热诚鼓励。徐老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，对徐老师的感激之情是无法用语言表达的。同时我也要感谢在我毕业设计阶段，乃
24、至大学四年学习生活中帮助过我的师长和同学。此次论文与设计的完成对我是一个巨大的激励，使我在学术研究方面充满了信心，更为我在今后的学习与生活中提供了宝贵的经验。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，-毕业设计论文 计时仪18 有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请再次接受我诚挚的谢意！最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，感谢你们！主要参考资料网站：中国电子资源网，文献：1电子技术课程设计指导 湖南大学出版社2脉冲与数字电路3 毕满清 电子设计实验与课程设计（第三版）M . 机械工业出版社，20054 郭少勇 实验电子技术M，石油出版社，20045 王源使用电路基础M，机械工业出版社，20036 王兰君新编电工使用电路 500例M，河南科学技术出版社，2005 7 电子报合订本毕业设计论文 计时仪 19 附录 1-毕业设计论文 计时仪20
