1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文計(jì)時(shí)儀設(shè)計(jì)論文計(jì)時(shí)儀電子信息技術(shù)商務(wù)英語指導(dǎo)老師姓名： 專業(yè)名稱: 班級(jí)學(xué)號(hào): 論文提交日期： 論文答辯日期：【摘要】：在數(shù)字電路中，計(jì)數(shù)器屬于時(shí)序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。 計(jì) 數(shù)器不僅僅用來記錄脈沖的個(gè)數(shù)，還大量用作分頻、程序控制及邏輯控制等，在計(jì)算 機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。該四位計(jì)時(shí)器的精度可以達(dá)到 0.01s， 利用數(shù)字集成電路精確地計(jì)時(shí)，為產(chǎn)品生產(chǎn)提供了很好的幫助。該計(jì)時(shí)儀主要采用數(shù)字集成電路來實(shí)現(xiàn)以上功能，設(shè)有四位數(shù)碼管，利用CD4511和CD4518進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示，體現(xiàn)了電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、價(jià)廉、控制時(shí)間精確及系 統(tǒng)體積小等優(yōu)點(diǎn)。計(jì)數(shù)器可

2、將機(jī)械或人工計(jì)數(shù)方式變?yōu)殡娮佑?jì)數(shù)，并且采用LED數(shù)碼顯示，簡(jiǎn)單直觀，可適用于諸多行業(yè)，以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)、生活方式的需求。【關(guān)鍵字】：計(jì)時(shí)儀 CD4511 CD4518【ABSTRACT:Digital time is mainly used for the rapid in dustrial machi nery operat ing time, particularly for the operation of sophisticated machinery time. The four 0.01s timer accuracy can be achieved using precisi on

3、 digital in tegrated circuits to time to . The time is mainly used to achieve the function of digital in tegrated circuits, digital control with four CD4511 and CD4518 count and use, also realize the n eed to coun ter the n eed to con trol reflects a simple circuit, reliable and cheap. The small siz

4、e and precision time control systems and so on.【KEYWORDSCou nter CD4511 CD4518緒論第1章設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1. 1基本任務(wù)和要求1. 2功能部分第2章計(jì)時(shí)儀原理2. 2計(jì)時(shí)儀簡(jiǎn)介2. 3計(jì)數(shù)儀的設(shè)計(jì)、原理分析2. 3.1 電源部分2. 3.2 秒產(chǎn)生電路2. 3.3控制電路2. 3.4 計(jì)數(shù)部分2. 3.5顯示部分第3章原器件的選擇第4章硬件調(diào)試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)致謝參考文獻(xiàn)附錄一 整體電路原理圖在數(shù)字電路中，用來記錄輸入 CP脈沖個(gè)數(shù)的電路稱為計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器屬于時(shí)序 電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。 計(jì)數(shù)器不僅僅用來記錄

5、脈沖的個(gè)數(shù)， 還 大量用作分頻、記時(shí)、定時(shí)、數(shù)字測(cè)試、運(yùn)算和控制等電路，在計(jì)算機(jī)及各種數(shù)字儀 表中，都得到了廣泛的應(yīng)用，成為任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。該四位計(jì)時(shí)器的精度可以達(dá)到0.01s，利用數(shù)字集成電路精確地計(jì)時(shí)，為產(chǎn)品生產(chǎn)提供了很 好的幫助。計(jì)數(shù)器可將機(jī)械或人工計(jì)數(shù)方式變?yōu)殡娮佑?jì)數(shù)，并且采用LED數(shù)碼顯示，簡(jiǎn)單直觀，可適用于諸多行業(yè)，以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)、生活方式的需求。計(jì)數(shù)器可將機(jī)械或人工計(jì)數(shù)方式變?yōu)殡娮佑?jì)數(shù)，并且采用LED數(shù)碼顯示，簡(jiǎn)單直觀，可適用于諸多行業(yè)，以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)、生活方式的需求。該計(jì)時(shí)儀主要采用數(shù)字集成電路來實(shí)現(xiàn)以上功能，設(shè)有四位數(shù)碼管，利用CD4511和CD4518

6、進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示，還設(shè)有控制電路，用戶可以根據(jù)需要用以控制計(jì)數(shù)器來 實(shí)現(xiàn)需要，體現(xiàn)了電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、價(jià)廉、控制時(shí)間精確及系統(tǒng)體積小等優(yōu)點(diǎn)。第1章設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1基本任務(wù)和要求1）任務(wù)：用數(shù)字電路設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字計(jì)時(shí)儀2） 基本要求： 1時(shí)鐘能夠顯示 秒 毫秒 微妙,精度0.01S 2電路具有可調(diào)時(shí)功能1. 2功能部分1）時(shí)間能夠顯示時(shí)2）提高時(shí)鐘準(zhǔn)確第2章計(jì)時(shí)儀原理2. 1計(jì)時(shí)儀簡(jiǎn)介數(shù)字計(jì)時(shí)儀主要用于工業(yè)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中的快速計(jì)時(shí) ，尤其用于精密機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的計(jì) 時(shí)。該四位計(jì)時(shí)器的精度可以達(dá)到 0.01s，利用數(shù)字集成電路精確地計(jì)時(shí)，為產(chǎn)品生 產(chǎn)提供了很好的幫助。該計(jì)時(shí)儀主要采用數(shù)字集成電路來實(shí)現(xiàn)以上

7、功能，設(shè)有四位數(shù)碼管，利用CD4511和CD4518進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示，還設(shè)有控制電路，用戶可以根據(jù)需要用以控制計(jì)數(shù)器來 實(shí)現(xiàn)需要，體現(xiàn)了電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、價(jià)廉、控制時(shí)間精確及系統(tǒng)體積小等優(yōu)點(diǎn)。2. 2 計(jì)數(shù)儀的設(shè)計(jì)、原理分析電路設(shè)計(jì)原理分析：計(jì)時(shí)儀以其顯示時(shí)間的直觀性、走時(shí)準(zhǔn)確性而受到了人們的歡迎并很快走進(jìn)了工 業(yè)。作為一種計(jì)時(shí)工具，計(jì)時(shí)儀的基本組成部分離不開計(jì)數(shù)器，在控制邏輯電路的控制下完成預(yù)定的各項(xiàng)功能。所以電路分成兩個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)：1. 硬件部分：CD4511 CD4518 CD4513 CD40106 100K 晶振 2000UF-16V 電容 9V-5W變壓器2. 原理部分：電路簡(jiǎn)單

8、易懂，原理清晰,設(shè)計(jì)排版整齊原理框圖如下:AC 220VDC5v100KHZ100HZ清零、復(fù)位、保持圖2.12. 3.1電源部分因?yàn)榭紤]到4518、4513等芯片的基本供電電源為5V,所以電源220V交流經(jīng)過 變壓器之后，然后經(jīng)過二極管橋式整流，2000UF大電容濾波后采用三端固定穩(wěn)壓器7805進(jìn)行供電。具體電路流程圖如下：AC 220V9V2000uF DC5VDC5V圖2.2在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，考慮到三端固定穩(wěn)壓器7805的電源的輸入輸出特性，所以變壓器應(yīng)該在8V-9V之間，故計(jì)時(shí)電路采用的變壓器為 9V 9W變壓器。經(jīng)過以下橋式 整流電路：圖橋式整流電路和波夠圖圖2.3橋式整流電路和波形

9、圖再經(jīng)過9V 2000UF的電容濾波電路:1R5 pF生0圖6.2J -6 7T型RC濾波電路圖2.4濾波電路電容濾波器是利用電容充電和放電來使脈動(dòng)的直流電變成平穩(wěn)的直流電，最后送給三端固定穩(wěn)壓器，輸出直流 5V電流。濾波電容在開關(guān)電源中起著非常重要的作用，如何正確選擇濾波電容，尤其是輸出濾波電容的選擇則是每個(gè)工程技術(shù)人員都十分關(guān)心的問題。50Hz工頻電路中使用的普通電解電容器，其脈動(dòng)電壓頻率僅為 100Hz,充放電 時(shí)間是毫秒數(shù)量級(jí)。為獲得更小的脈動(dòng)系數(shù)，所需的電容量高達(dá)數(shù)十萬 卩F,因此普 通低頻鋁電解電容器的目標(biāo)是以提高電容量為主，電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要

10、參數(shù)。 而開關(guān)電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達(dá)數(shù)十 kHz,甚至是數(shù)十MHz這時(shí)電容量并不是其主要 指標(biāo)，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是“阻抗 -頻率”特性，要求在開關(guān)電源的工 作頻率內(nèi)要有較低的等效阻抗，同時(shí)對(duì)于半導(dǎo)體器件工作時(shí)產(chǎn)生的高頻尖峰信號(hào)具有 良好的濾波作用。三端固定穩(wěn)壓器CW三端固定穩(wěn)壓器78XX為固定式三端穩(wěn)壓器，它只能輸出一 個(gè)穩(wěn)定電壓。固定式三端穩(wěn)壓器的常見產(chǎn)品如圖1.1所示。Pin 1. Input2. Ground圖 2.5 CW78XX、CW7X X系列穩(wěn)壓器3. OutputCW7X X系列穩(wěn)壓器輸出固定的正電壓，7805輸出為+ 5V。CoutlOO

11、.luGND圖2.6 CW78XX典型應(yīng)用電路2. 3.2秒產(chǎn)生電路在電路中，各級(jí)CD4518的 R、CP端并接在一起，采用下跳沿計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器的Q3端接高位計(jì)數(shù)器的 CP端，這樣，脈沖信號(hào)源產(chǎn)生的100.00KHZ信號(hào)每次12CD4518被十分頻一次，經(jīng)過3次十分頻后，形成了秒脈沖信號(hào)。電路中，CD40106B由6個(gè)施密特觸發(fā)器電路構(gòu)成。每個(gè)電路的功能是作為一個(gè) 帶施密特觸發(fā)器輸入的反向器使用。 當(dāng)正極性或負(fù)極性信號(hào)輸入時(shí)，觸發(fā)器在不同 的點(diǎn)翻轉(zhuǎn)。正極性（VP）和負(fù)極刑（VN）電壓的不同之處由遲滯電壓（VH）確定。CD451810K CD4518 1KHZ CD4518 100 CD451

12、8CP Q3 CP Q3R CP R CPCP Q3 CP Q3R CP R CP圖2.62. 3.3控制電路計(jì)時(shí)的開始、中斷、停止、復(fù)位都需要進(jìn)行控制，所以控制電路應(yīng)該具有以上功能。對(duì)其狀態(tài)的控制，并不改變它的頻率大小，所以我們可以通過4013這個(gè)D型觸發(fā)器和4081門電路來實(shí)現(xiàn)以上功能。實(shí)際的 2輸入與門電路（如CC4081由2個(gè)非 門和1個(gè)或非門組成。1Q 1 14fa VDD1Q 2132Q1CLK 3 o 12 2Q1R 4 g 11 1CL1D t5 1Q3Kisr69 2RVss 7S 2S芾預(yù)置和清除端雙D觸發(fā)器圖2.7 4013 管腳圖40胡功能表CLK D R SQ直tLL

13、LtHLLtxLLxxHLxxLHxxHHL H H LQ L H H LH H圖2.8 4013 功能表2. 3.4計(jì)數(shù)電路（4518）CD4518是二十進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器，在一個(gè)封裝中含有兩個(gè)可互換二十進(jìn)制計(jì)數(shù) 器，其功能引腳分別為17和915。該計(jì)數(shù)器分是單路系列脈沖輸入（1腳或2 腳；9腳或10腳），4路BCD碼信號(hào)輸出（3腳6腳；11腳14腳）。此外還必 須掌握其控制功能，否則無法工作。手冊(cè)中給有控制功能的真值（又稱功能表），即集成塊的使用條件，如表2所示。從表中看出，CD4518有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CP和EN 若用時(shí)鐘上升沿觸發(fā)，信號(hào)由CP輸入，此時(shí)EN端應(yīng)接高電平“ T，若用時(shí)鐘下降

14、沿觸發(fā)，信號(hào)由EN端輸入，此時(shí)CP端應(yīng)接低電平“ 0”，不僅如此，清零（又稱復(fù) 位）端Cr也應(yīng)保持低電平“ 0”，只有滿足了這些條件時(shí)，電路才會(huì)處于計(jì)數(shù)狀態(tài)， 若不滿足則IC不工作。計(jì)數(shù)時(shí)，其電路的輸入輸出狀態(tài)如表 3所示。值得注意，因 表3輸出是二十進(jìn)制的BCD碼，所以輸入端的記數(shù)脈沖到第十個(gè)時(shí)，電路自動(dòng)復(fù)位0000狀態(tài)。從波形圖中可以看出，Q4端的輸出頻率為原來脈沖的0.1倍，所以利用Q4腳的輸出特性可以對(duì) 100MHZ的晶振進(jìn)行分頻來達(dá)到我們電路所需要的100HZCLOCK A iENAeie QIA Q2A Q3A Q4A RESETS J45E(TOP VIEW惜15RtSET B1

15、4一 K131q3b121 G2BB恥10EMABLF9|CLOCK BCLCKPCENAflLEREttTACT 1510iMmrant CourTM00t:CoumvrX0NoOwt*hl.gifv/00AloChvv1、1NaClwXQI rtwu 04 廠圖2.9 4518管腳圖圖2.10 4518功能圖圖2.11 4518波形圖根據(jù)4518的的功能表， 我們可以知道當(dāng)有脈沖觸發(fā)時(shí)，EN或者CR管腳任意為 高電平，芯片則開始加計(jì)數(shù)。具體的功能表及真值表如下:CPENCR功能T10加計(jì)數(shù)00加計(jì)數(shù)XX1清零（復(fù)位）Q1-Q4為 0圖2.12 4518 的功能表輸入輸出CP或 ENQ4Q3

16、Q2Q100000100012001030011401005010160110701118100091001圖2.13 4518的真值表我們還可以從真值表里得出，利用 EN端下降沿觸發(fā)的特點(diǎn)組成N位十進(jìn)制計(jì)數(shù) 器。從波形分析，當(dāng)輸入端的計(jì)數(shù)脈沖到第 10個(gè)時(shí)，電路自動(dòng)復(fù)位0000狀態(tài)，因?yàn)?4518沒有進(jìn)位功能的引腳，所以應(yīng)該充分利用第 6或14腳輸出脈沖的下降沿，利用 該脈沖和EN端相連，就可以實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)位的功能，根據(jù)分析結(jié)果，電路設(shè)計(jì)如下：圖 2.142. 3.5顯示電路（4511及數(shù)碼管）譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘的記時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器官所接受。顯示器件選用LED

17、七段數(shù)碼管.在譯碼顯示電路輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，顯示 出清晰,直觀的數(shù)字符號(hào)。CD4511是BCD鎖存七段譯碼驅(qū)動(dòng)器，有燈測(cè)試功能；以反相器作輸出級(jí)，用以 驅(qū)動(dòng)LED或數(shù)碼管；具有消隱輸入；顯示數(shù)6時(shí)，a=0,顯示9時(shí)，d=0 . 1-B,2-C,3-LT （為燈測(cè)試輸入端），4-BI （數(shù)據(jù)輸入端），5-LE （鎖存使能，鎖存輸入使 能），6-D,7-A,8-VSS （電源負(fù)極）（A，B，C，D為門電路的輸入端） 9-e,10-d,11-c,12-b,13-a,14-g,15-f,16-vdd（電源正極）（a,b,c,d,e,f,g 為譯碼輸出；顯示字符端輸出，連接數(shù)碼管的相應(yīng)腳Vcc f 8

18、n b c d eAL 2 CT FI L& A3 M GND圖2.15 4511的管腳圖CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰LED顯示器的BCD碼一段碼譯碼器，其引腳路 如圖6.1 ，邏輯功能見表2，8421 BCD碼對(duì)應(yīng)的顯示見圖7.1。其功能介紹如下:BI :當(dāng)BI=0時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅狀態(tài)，不顯 示數(shù)字。LT:當(dāng)Bl=1, LT=O時(shí)，不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“ 8”。它 主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。LE：使能控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。DCBA 為 8421BCD3輸入端。abcdefg :為譯碼輸出，輸出為高電平。Q!a二;5b18

19、:I I 345*1LED數(shù)碼有共陽和共陰兩種，把這些LED發(fā)光二極管的正極接到一塊（一般是拼 成一個(gè)8字加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)）而作為一個(gè)引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那 么應(yīng)用時(shí)這個(gè)腳就分別的接 VCC和GND再把多個(gè)這樣的8字裝在一起就成了多位的 數(shù)碼管了。找公共共陰和公共共陽首先，我們找個(gè)電源（3到5伏）和1個(gè)1K （幾百的也歐 的也行）的電阻，VCC串接個(gè)電阻后和GND接在任意2個(gè)腳上，組合有很多，但總有一個(gè)LED會(huì)發(fā)光的找到一個(gè)就夠了，然后用 GND不動(dòng)，VCC（串電阻）逐個(gè)碰剩下 的腳，如果有多個(gè)LED （一般是8個(gè)），那它就是共陰的了。相反用 VCC不動(dòng)，GND 逐個(gè)碰剩下的腳，

20、如果有多個(gè) LED（ 般是8個(gè)），那它就是共陽的了。第3章原器件的選擇+5V電源LCD數(shù)碼管4個(gè)CD4511芯片4個(gè)、CD4518芯片8個(gè)、40106芯片3個(gè)、4081、4013芯片各一個(gè)100K晶振一個(gè)，7805穩(wěn)壓器一個(gè)電阻、電容若干第4章調(diào)試過程介紹接好電源，我準(zhǔn)備認(rèn)真調(diào)試。調(diào)試過程中，出現(xiàn)了數(shù)碼管不亮的故障。在指導(dǎo)老 師的幫助下，首先我檢測(cè)CD4511是否有電源5V供應(yīng)，根據(jù)電路圖，準(zhǔn)備測(cè)量與該 數(shù)碼管相連接的CD4511之間的電路部分，用萬用表*1檔，在電阻R2間測(cè)量，結(jié)果 顯示正常，為200歐姆，通過測(cè)量結(jié)果，可以判斷問題故障出在數(shù)碼管。接著，我準(zhǔn) 備檢測(cè)數(shù)碼管是否接地，用萬用表的

21、電阻擋*1檔，兩表筆分別放在CD4511的8腳和 數(shù)碼管的8腳，經(jīng)過測(cè)量，表針不轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示無窮大。可以判斷該數(shù)碼管沒有接地。 所以進(jìn)行數(shù)碼管接地。接電源再次調(diào)試，出現(xiàn)數(shù)碼管不計(jì)數(shù)的故障，根據(jù)電路圖，首先我檢測(cè)CD4518是否有電源5V供應(yīng)，用萬用表*1檔，在4個(gè)CD4518的 8腳分別檢測(cè)，結(jié)果顯示正 常，表針轉(zhuǎn)動(dòng)，再測(cè)CD4518是否接地，用萬用表*1檔，在4個(gè)CD4518的 16腳分別 檢測(cè)，表針不轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示無窮大。可以判斷CD4518沒有接地。所以進(jìn)行CD4518接地。接電源再次調(diào)試，出現(xiàn)第1個(gè)和第3個(gè)數(shù)碼管的b段不亮的故障，根據(jù)電路圖， CD4511的 12腳與b段相連，用萬用表*1檔，在電阻R2間測(cè)量，表針不轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示 無窮大。通過測(cè)量結(jié)果，可以判斷問題故障出在連接部分，檢測(cè)兩處都有掉線，所以 進(jìn)行焊接。接電源再次調(diào)試，顯示結(jié)果為正常計(jì)時(shí)并顯示。這次電路設(shè)計(jì)制作跟以往的制作相比，是我們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下獨(dú)立制作出來的， 因此獲得了很多的經(jīng)驗(yàn)：能設(shè)計(jì)出一個(gè)良好的設(shè)計(jì)電路，扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)是不可缺少的，因此前期找資料 積累知識(shí)看似慢，實(shí)際上恰恰給后期的制作帶來