1、編號 課題名稱 數顯時間繼電器 2008 年3月目 錄第一章 概述( 3 )第一節 設計目的與技術要求( 3 )第二節 框圖與電路介紹( 3 )第三節 集成電路元件塊介紹( 4 )第二章 單元電路介紹( 11 )第一節 電源部分( 11 )第二節 脈沖發生部分( 12 )第三節 時間設定部分( 13 )第四節 計數、譯碼、顯示部分( 14 )第五節 放大輸出部分( 14 )第三章 整機電路( 16 )第一節 電路原理圖( 16 )第二節 元件清單( 17 )第三節 電路的改進( 18 )第四節 總結( 18 )第五節 參考文獻( 18 )第一章 概述第一節 設計目的與技術要求一：設計目的學會秒

2、脈沖形成電路和數字電路的設計方法：掌握CD4518,CD4553,CD4511等常用數字電路和BCD撥碼開關；可控硅的應用；了解數字顯示電路的擴展應用，了解產品設計的基本思路和方法。二：技術要求1、 電源電壓AC220V；2、 重復定時精度要求誤差小于等于0.5%，恢復時間小于等于 0.1%；3、 定時范圍099秒；4、 顯示部分無閃爍，穩定，清晰；5、 輸出具有兩常開，兩常閉，到達定時值后常開觸點閉合， 常閉觸點斷開，輸出驅動能力達AC220V/2A；6、 電路結構簡單、體積小、成本低穩定性好，可商業化生產。第二節 框圖與電路介紹一：電路框圖二：電路介紹根據上面的電路框圖我們可以看出，本電路

3、分為電源放大控制部分，脈沖發生部分，時間設定部分和計數部分，譯碼顯示部分這五大塊分組成。這個電路圖以CD4060為核心組成一分頻的脈沖發生器，脈沖一共分為兩路，一路送往CD4553（三位BCD碼分時并行輸出計數器），將BCD碼送到CD4511（4線-七段鎖存譯碼器/驅動去）驅動三位動態共陰數碼管SM420563。還有一路是送往CD4518（雙十進制同步計數器），共用兩片CD4518組成一個三位數的BCD碼靜態計數器，計數當前數值與三位BCD碼數碼開關設定值相等同時，就會取出一個栓鎖信號給CD4553（三位BCD碼分時并行輸出計數器）鎖定，這時放大電路工作驅動繼電器，常開觸點吸合，常閉觸點斷開。

4、以上所說的就是此電路工作過程。第三節 集成電路元件塊介紹一：CD4511（4線七段鎖存譯碼器/驅動器）芯片的簡介1、CD4511的引腳及功能介紹(1)、CD4511的引腳CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級，通常用以驅動LED。其引腳圖如3-2所示。 各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示   a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。 (2)、功能介紹BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI

5、=0 時，不管其它輸入端狀態如何，七段數碼管均處于熄滅（消隱）狀態，不顯示數字。    LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態如何，七段均發亮，顯示“8”。它主要用來檢測數碼管是否損壞。     LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。    A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。     a、b、c、d、e

6、、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的內部有上拉電阻，在輸入端與數碼管筆段端接上限流電阻就可工作。2、CD4511的工作原理 (1)、CD4511的工作真值表輸        入 輸        出 LEBILIDCBAabcdefg顯示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱 0110000111111000110001011000010110010110110120110011111100130110100

7、0110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱 01110110000000消隱 01111000000000消隱 01111010000000消隱 01111100000000消隱 0111111000000消隱 111XXXX鎖       存 鎖存 （2）、鎖存功能：譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導通或截止由控制端LE的電平狀態。 當LE為“0”電平導通，TG2截

8、止；當LE為“1”電平時，TG1截止，TG2導通，此時有鎖存作用。如圖3-3（3）譯碼功能：CD4511譯碼用兩級或非門擔任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數 據B、C進行組合，得出、四項，然后將輸入的數據A、D一起用或非門譯碼。 （4）消隱功能：BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。消隱控制電路如圖3-4所示。 消隱輸出J的電平為 ：J= =（C+B）D+BI如不考慮消隱BI項，便得J=（B+C）D，據上式，當輸入BCD代碼從1010-1111時，J端都為“1”電平，從而使顯示器中的字形消隱。 (5)、8421 BCD 碼對應的顯示見下圖 &

9、#160;        ：（6）、選用共陰極數碼管，對于 CD4511 ，它與數碼管的基本連接方式如下圖 ：二：CD4060（14位二進制串行計數器）芯片的簡介、CD4060的結構、各個引腳的功能7、5、4、6、14、13和15腳分別代表Q4Q10，1、2、3腳分別代表Q12Q14，它們都是計數器的輸出端。3腳代表Q14，是代表第14級計數器的反相輸出端。9腳為振蕩輸出端。10腳為振蕩輸入端。11腳為振蕩反饋、控制輸入。12腳復位端，“1”有效。8腳VSS代表接地。16腳VDD代表接電源。、CD4060的工作原理CD406

10、0是又一振蕩器和14級二進制串行計數器位組成，振蕩器的結構可以是RC或者晶振電路。CR為高電平時，計數器清零并且振蕩器使用無效。所有計數器位均有主從觸發器。在CP1的非（和CP0）的下降沿計數器以二進制進行計數。在時鐘脈沖線行使用施密特觸發器對時鐘上升和下降的時間無限制。(4)、CD4060的真值表三：CD4518（雙二十進制加計數器）芯片的簡介CD4518的結構各個引腳的功能1腳和9腳分別代表1CP和2CP是時鐘的輸入端。7腳和15腳分別代表1CR和2CR是清除復位端。2腳和10腳分別代表1EN和2EN是計數允許控制端。3腳6腳分別代表1Q01Q3是計數器的輸出端。11腳14腳分別代表2Q0

11、2Q3是計數器的輸出端。8腳VSS代表接地，16腳VDD代表接電源。工作原理CD4518為BCD加法計數器，由兩個相同的同步4級計數器構成，計數器級為D觸發器，具有內部可交換CP和EN線，用于在時鐘上升沿或者下降沿加計數。在單個單元運算中，EN輸入保持高電平，并且在CP上升沿進位，CR線為高電平，計數器清零。計數器在脈沖模式下可級聯，通過將Q3連接至下一計數器的EN輸入端可實現級聯，同時后者的CP輸入保持低電平。如果要用時鐘的上升沿觸發計數，則信號又CP端輸入，并EN端接高電平，如果要用時鐘下降沿觸發器計數，則信號又EN輸入，并使CP端保持為低電平。Q1Q4是4位二進制輸出端，Q1是最底位Q4

12、是最高位，CR是清零端，當在CR端加高電平式正脈沖。做加計數時Q1Q4以狀態0000到1001（十進制09）變化并循環，顯然，又1001變為0000時Q4又高變低；產生一個下降沿脈沖，所以Q4可作多級計數器級聯時上一級輸出，因為是下降沿效，所以Q4應與高計數器的EN端相連。(4)、CD4518真值表四：4553（三為BCD碼分時并行輸出計數器）芯片的簡介、CD4553的結構(2)、各個引腳的功能12腳代表CL是時鐘的輸入端。CD4553內部設置了整形電路，對輸入時種計數脈沖的邊沿無要求。11腳代表Dis是時鐘輸入控制端。當Dis=0時，允許時鐘脈沖輸入，當Dis=1時，禁止時鐘脈沖輸入。10腳

13、代表LE鎖存控制端。LE=0時，將BCD計數器輸出的計數結果進行傳送，當LE=1時將接口進行鎖存。9腳和75腳代表Q1到Q4是BCD碼輸出端。2腳，1腳和15腳分別代表DS1非，DS2非，DS3非是數據選擇輸出端，即作為分時輸出同步控制信號端，從而形成動態顯示方式，低電平有效。即當DS1非、DS2非、DS3非只有一個低電平時，通過多路轉換器，Q1到Q4分別輸出個位計數器，十位計數器，百位計數器的計數值。在任一時刻，DS1非、DS2非、DS3非只有一個低電平，并作周期循環，形成一個三位時序信號。4腳和3腳分別代表C1a和C1b是外接定時電容，作為芯片內部掃描振蕩器的內部時鐘。在使用內部時鐘時，C

14、的值一般可取1000pf。13腳是MR是復位端，當MR=1時掃描振蕩被禁止，DS1非DS3非均輸出高電平，使得顯示器消隱，同時三組BCD計數器全部清零。14腳代表0.f 是數據溢出端，當三位BCD計數器的計數由“999”至“000”時，即輸入第1000個計數脈沖時，0.f端輸出一正脈沖，可為CD4553多級級聯帶來方便。8腳代表VSS接地，16腳代表VDD接電源。(3)、CD4553工作原理CD4553是含三位數字計數器、鎖存器、多路復位器等電路的多功能記數芯片。記數脈沖輸入4553的12腳，3、4腳產生1KMz掃描信號，經多路復合器后，從2、1、15腳分別輸出與個位、十位、百位相對應的時序負

15、脈沖。如Q3Q2Q1Q0端送出個位數據時，為低電平，送出十位數據時，為低電平，送出百位數據時，為低電平。由于數據是按時序交替輸出的且變化速度快，達到每秒25楨，人的眼睛無法感覺到其變化。輸出個位數據時，4511對其譯碼后輸出七段（ag）驅動信號加到數碼管上，此時4553只有=0，VT3飽和時導通數碼管LDN1的公共端COM1經VT3的ec接地而顯示出這個數字，同理4553輸出十位、百位數據時，分別由數碼管LDN1，LDN2，LDN3顯示出來。(4)、CD4553的工作真值表 輸入 輸出 R CP Dis LE 0 0 0 不變 0 0 0 進位 0 × 1 × 不變 0 1

16、 0 進位 0 1 0 不變 0 0 × × 不變 0 × × 鎖存 0 × × 1 鎖存 1 × × 0 Q=0五：7809三端穩壓器的簡介CW7809的結構CW7809的簡介集成穩壓器有多種類型。按穩壓原理不同，可分為串聯調整式、并聯調整式、開關調整式；按引出端數不同，可分三端集成穩壓器和多端穩壓器；按封裝形式不同，可分金屬裝和塑料裝。此次所選為固定式三端穩壓器。LM7809內部就是一個串聯型晶體管穩壓電路，除了基準、取樣、比較放大和調整外，還有較完整的保護電路。穩壓器只有輸入端1腳，輸出端2腳，公共端3腳，三

17、個引出端。次產品是正電壓輸出。電容C12200uF為輸入端的濾波電容，電容C2 0.33uF用以抵消輸入端較長接線的電感效應，防止產生自激振蕩，同時又能濾除高頻雜波。為了保證穩壓器正常工作，輸入與輸出電壓之間至少相差23V。穩壓器最大輸入電壓一般不能超過40V。第二章 單元電路介紹第一節 電源部分一：電源部分輸出電源220V，經變壓器得1718V電壓，通過V1V4整流，經C1濾波，得到較穩定電壓。后接三端穩壓器LM7809，其1腳為輸入端，2腳為接地端，3腳為電壓輸出端，輸出正9V電壓，提供所有芯片電源。電容C2作用為消除電感效應，防止自激振蕩。二：電路圖三：電路分析在電源、放大控制電路原理圖

18、中紅線框內為電源部分電路，電源220V交流電經過T1變壓，降壓后，由T1次級輸出15V17V的交流電壓，經過V1V4整流后再經電容C1濾波，測得C1和整流二極管之間的電壓為20V，再輸入到7809的1腳，由3腳輸出，測得3腳和C2之間的電壓為9V電容C2是用以抵消輸入端的電感效應，防止產生自激振蕩。電源這塊因為經整流濾波后的直流電壓雖已變得比較平滑，但不能確保它是穩定，當電網波動或負載電流變化時，就會引起輸出電壓的變動。為了保證輸出電壓的穩定，通常在整流電路之后再加上穩壓電路。在我們所用的直留穩壓電源中，通常它是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四部分組成的。電源變壓器：將電網交流電壓

19、變為整流電路所需的交流電壓，一般次級電壓u2較小。整流電路：將變壓器次級交流電壓u2變成單向的直流電壓u3。它包含直流成分和許多諧波分量。濾波電路：濾波脈沖電壓u3中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓u4。該電壓往往隨電網電壓和負載電流的變化而變化。穩壓電路：它能在電網電壓和負載電流的變化時，保持輸出直流電壓的穩定。它是直流穩壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標。第二節 脈沖發生部分一、等效電路脈沖部分分析電路由14位二禁止串行計數器/分頻器和振蕩器CD4060構成。電路中利用CD4060組成兩部分電路，一部分是14分頻器，其最高分頻為16394；另一部分是由外接電子表用石英晶體

20、、電阻及電容構成振蕩頻率為32768HZ的振蕩器。原來我們在設計電路中經常用555振蕩產生秒脈沖，在這里就不能使用555振蕩器，因為普通的555振蕩電路產生的脈沖用于短時間定時是看不出時間誤差的，由于本電路做的定時范圍是0999秒，精度要求不大于0.5%，恢復時間不大于0.1%，對脈沖產生的要求較高，所以不宜于用555振蕩電路產生脈沖而是采用集成CD4060產生脈沖。根據電路可以CD4060的10、11腳內部電路中的反相器組成的一個晶體振蕩器。R2是偏置電阻，為反相器提供工作電壓，與200pf的電容和晶振組成JK型反饋網絡。如果把其中的一個電容器換成可變電容，可以使振蕩頻率得到準確的調節。我們

21、這里采用的是固定電容，對設計電路的要求來說是可以達到的。晶體振蕩器頻率為32768HZ的脈沖信號經過14級2分頻（2Hz），所以在第3腳Q14段輸出的便是2HZ的脈沖信號。本電路中的CD4060的復位采用的是上電復位，電容C3為上電復位電容，當C3充電時，電容相當與斷路，12腳上的壓降很高，CD4060復位當C3充電完畢時，電容相當與短路，12腳上的壓降很小，不能復位。在CD4060秒脈沖電路中晶體振蕩器起著非常關鍵的作用，沒有這電路將不能正常工作，根本就沒有脈沖產生。振蕩器是以調諧放大器為基礎再加反饋網絡構成的，它和放大器一樣也是一種能量轉換裝置，但和放大器不同的是，放大器與輸入信號才有輸出

22、信號，而振蕩器無需外加信號，就能自動產生一定頻率、一定振幅和一定波形的交流信號。如果振蕩器產生的交流信號是正弦波，則稱正弦振蕩器。它廣泛應用于多種電子設備，如無線電發射器中的載波信號源，超外差收音機中的本振信號源，數字系統中的時鐘信號源，微波爐中的高頻振蕩源等，在振蕩器中，盡管采取了多種穩頻措施，其頻率穩定度也只能達到較少的數量級，如果要求更高的頻率穩定度，就必須采用石英晶體振蕩器。第三節 時間設定一、等效電路二、時間設定部分分析時間設定部分由兩片CD4518構成計數部分，有三個BCD碼開關對時間進行設定。CD4518的計數信號是由脈沖發生部分輸出的2HZ信號，信號輸入第一個CD4518的1腳

23、1CP端，經過1Q0端再次分頻為1HZ信號從3腳輸出，一路供給計數、譯碼電路，另一路接自身2EN端10腳，開始計數。2Q4端為二進制BCD碼計數器的高位Q4端，在十進制計數中只有8、9，即Q4、Q3、Q2、Q1、為0000，Q4剛好發生翻轉為低電平，送入另一個CD4518的第一位1EN也就是十位，十位開始計數，這也正好是“個”位的進位脈沖信號。當十位計數達到9時，也同上述一樣，從1Q3打6腳輸出一個低電平，給第二位一個脈沖信號，使得百位開始計數。CD4518的7、15腳為復位端，接R1的上電復位信號。三為BCD撥碼開關的8、4、2、1腳接CD4518的Q4Q1腳，因為二極管的單向導電性，計數器

24、的計數信號不能反串到撥碼開關，而BCD拔碼開關的設定信號可以傳到計數器，使E7處電位降低，所以當計數的數值達到設定值時，12個二極管全部截止，在R7電阻這里產生一個高電平信號來驅動放大電路的三極管9013。如果計數的數值與設定值不同時，12個二極管至少有一個會道統，R7處就不會有高電平產生，從而也就驅動不了9013。本電路中的計數信號沒有接到CP端，而接到EN端，是因為CP端為高電平有效，在脈沖的上升沿觸發，EN端為低電平有效，在脈沖的下降沿觸發，這樣計數與顯示是同步的。第四節 計數，譯碼和顯示部分一、等效電路計數，譯碼和顯示部分分析此電路由CD4553計數，CD4511譯碼驅動及LED顯示等

25、三路組成三極管反相放大去選通三位LED顯示器的共陰極。再經過Q0Q3端輸出8421碼，送到CD4511譯碼驅動器的AD端輸入端，經過譯碼轉變成七段譯碼驅動信號，由YaYg端輸出，送入3位LED顯示器的ag端，使LED數碼顯示器顯示出鎖計的數值。LE端10腳栓鎖信號從V7陰極電阻上取來，當三極管放大飽和時，LE為高電位，計數器鎖定顯示器所顯示的設定值。MR端13腳從電阻R1上引來的上電復位信號，使計數器復位。第五節 放大輸出電路一、等效電路二、電路分析此等效電路塊有兩部分組成，在紅線框內的為電源部分電路，紅線框外的為驅動放大電路。由于前面已經介紹過了電源部分，這里只對放大驅動電路介紹：放大驅動電

26、路的信號是從R7電阻上取樣來的，此信號送入V6（9013）三極管基極，當數值達到導通電壓時，V6進入飽和狀態，從發射極電阻R2取出電信號來驅動可控硅V7、V8導通，V7導通后驅動繼電器K動作，常開閉合，常閉斷開，接通外部電路。由于繼電顯感性，為電能元件，所以在V7動作頻率高的情況下，為了縮短繼電器K的恢復時間，加一個續流二極管V5，讓繼電器K失電瞬間對V5快速放電，電路正常工作時V5上加的是反向電壓，V5截止。還有將繼電器放在穩壓電源7809前面，是為了減小穩壓電源7809的負載。V8導通從陰極電阻R4上取得高電平送到計數器CD4553的10腳LE端進行鎖存，使顯示器顯示停止在設置數值上。可控

27、硅不僅具有硅整流器的特性，還能以小功率信號去控制大功率系統，可作為強電和弱電的接口，高效的完成對電能的變換和控制。它主要應用于，可空整流、逆變電源、交流調壓、斬波器和無觸點開關這幾個方面。本電路中可控硅做無觸點開關用。第四章 整 機 電 路第一節 電路原理圖第二節 元件清單序號代號名稱型號規格數量備注 1R1電阻3M1 2R2電阻2M1 3R9R9，R13電阻6808 4R10R12電阻10K3 5R14電阻200K1 6R15、R17電阻100K2 7R16、R18電阻20K28C1電容2200uf1 9C2電容100 uf1 10C3電容1031元片 11C4、C5電容2012元片 12C6電容100pf1元片 13V1V5二極管1N40075 14V6三極管90131NPN 15V7、V8晶閘管MCR100-62 16V9V11三極管90123PNP 17V12V23二極管1N414812 18IC16底座16腳5 19K繼電器JRF4078120IC1、IC2計數器CD4518221IC3計數器、鎖存多路復合器CD4553122IC4譯碼器CD4511123IC514分頻器CD4060124IC6三端穩壓器CW7809125X晶振32768HZ126SB按鈕開關