數(shù)字計數(shù)儀畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 設 計 論 文計 時 儀 指導老師姓名： 專 業(yè) 名 稱：應用電子技術班 級 學 號： 05131132論文提交日期： 2008年1月8日論文答辯日期： 2008年1月122008年1 月 8 日目 錄一、緒論二、設計任務和要求21設計目的22基本任務和要求23功能部分三、計時儀原理3.1. 計時儀簡介3.2. 計數(shù)儀的設計、原理分析3.2.1 電源部分3.2.2秒產生電路3.2.3 控制電路3.2.4計數(shù)部分3.2.5顯示部分四、 元器件清單五、硬件調試六、結論七、參考文獻附錄一 整體電路原理圖一緒論【摘要】：在數(shù)字電路中，計數(shù)器屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構成。計數(shù)器

2、不僅僅用來記錄脈沖的個數(shù)，還大量用作分頻、程序控制及邏輯控制等，在計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應用。該四位計時器的精度可以達到0.01s，利用數(shù)字集成電路精確地計時，為產品生產提供了很好的幫助。 該計時儀主要采用數(shù)字集成電路來實現(xiàn)以上功能，設有四位數(shù)碼管，利用cd4511和cd4518進行計數(shù)和顯示，體現(xiàn)了電路簡單、穩(wěn)定可靠、價廉、控制時間精確及系統(tǒng)體積小等優(yōu)點。計數(shù)器可將機械或人工計數(shù)方式變?yōu)殡娮佑嫈?shù)，并且采用led數(shù)碼顯示，簡單直觀，可適用于諸多行業(yè)，以滿足現(xiàn)代生產、生活方式的需求。【關鍵字】:計時儀 cd4511 cd4518 【abstract】: digital time

3、is mainly used for the rapid industrial machinery operating time, particularly for the operation of sophisticated 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 th

4、e function of digital integrated circuits, digital control with four cd4511 and cd4518 count and use, also 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. 【keyw

5、ords】:counter cd4511 cd4518 二. 設計任務和要求 21設計目的1. 熟悉集成電路的引腳安排。2. 掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。3. 了解面包板結構及其接線方法。4. 了解計數(shù)儀的組成及工作原理。5. 熟悉計數(shù)儀的設計與制作。22基本任務和要求：1）任務：用數(shù)字電路設計一個數(shù)字計數(shù)儀2）基本要求：a.時鐘能夠顯示 秒 毫秒 微妙,精度0.01s；b.電路具有可調時功能。23功能部分：1）時間能夠顯示時； 2）提高時鐘準確三、計時儀3.1計時儀的簡介數(shù)字計時儀主要用于工業(yè)機器運轉中的快速計時,尤其用于精密機器運轉的計時。該四位計時器的精度可以達到0.01s，利用數(shù)字

6、集成電路精確地計時，為產品生產提供了很好的幫助。該計時儀主要采用數(shù)字集成電路來實現(xiàn)以上功能，設有四位數(shù)碼管，利用cd4511和cd4518進行計數(shù)和顯示，還設有控制電路，用戶可以根據(jù)需要用以控制計數(shù)器來實現(xiàn)需要，體現(xiàn)了電路簡單、穩(wěn)定可靠、價廉、控制時間精確及系統(tǒng)體積小等優(yōu)點。3.2 計時儀的設計、原理分析 電路設計原理分析：計時儀以其顯示時間的直觀性、走時準確性而受到了人們的歡迎并很快走進了工業(yè)。作為一種計時工具，計時儀的基本組成部分離不開計數(shù)器，在控制邏輯電路的控制下完成預定的各項功能。所以電路分成兩個部分進行設計:1.硬件部分: cd4511 cd4518 cd4513 cd40106 1

7、00k晶振 2000uf-16v電容 9v-5w變壓器2.原理部分: 電路簡單易懂,原理清晰,設計排版整齊. 原理框圖如下： 電源電路 ac 220v dc5v脈沖電路 分頻電路 100khz控 制 電 路 100hz計數(shù)電路 清零、復位、保持顯示電路 圖3.13.2.1電源部分因為考慮到4518、4513等芯片的基本供電電源為5v，所以電源220v交流經過變壓器之后，然后經過二極管橋式整流，2000uf大電容濾波后采用三端固定穩(wěn)壓器7805進行供電。具體電路流程圖如下：穩(wěn)壓電 路電 容 濾 波二 極 管 整 流變 壓 器 ac 220v 2000uf 9v 5v圖 3.2在設計電路的時候，考

8、慮到三端固定穩(wěn)壓器7805的電源的輸入輸出特性，所以變壓器應該在8v-9v之間，故計時電路采用的變壓器為9v 9w變壓器。經過以下橋式整流電路： 圖3.3橋式整流電路和波形圖再經過9v 2000uf的電容濾波電路：圖3.4濾波電路電容濾波器是利用電容充電和放電來使脈動的直流電變成平穩(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工程技術人員都十分關心的問題。50hz工頻電路中使用的普通電解電容器，其脈動電壓頻率僅為100hz，充放電時間是毫秒數(shù)量級。為獲得更小的脈動系數(shù)，所需的電容量高達數(shù)十萬f

9、，因此普通低頻鋁電解電容器的目標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)劣的主要參數(shù)。而開關電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達數(shù)十khz，甚至是數(shù)十mhz，這時電容量并不是其主要指標，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標準是“阻抗-頻率”特性，要求在開關電源的工作頻率內要有較低的等效阻抗，同時對于半導體器件工作時產生的高頻尖峰信號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78為固定式三端穩(wěn)壓器，它只能輸出一個穩(wěn)定電壓。固定式三端穩(wěn)壓器的常見產品如圖1.1所示。 圖3.5 cw78、cw79系列穩(wěn)壓器cw78系列穩(wěn)壓器輸出固定的正電壓， 7805輸出為5

10、v。 圖3.6 cw78典型應用電路3.2.2 秒產生電路在電路中，各級cd4518的r、cp端并接在一起，采用下跳沿計數(shù)，低位計數(shù)器的q3端接高位計數(shù)器的cp端，這樣，脈沖信號源產生的100.00khz 信號每次1/2cd4518被十分頻一次，經過3次十分頻后，形成了秒脈沖信號。100.00khz脈沖源 cd4518 10k cd4518 1khz cd4518 100 cd4518 cp q3 cp q3 cp q3 cp q3 r cp r cp r cp r cp 圖3.7 施密特觸發(fā)器可以對脈沖波形進行整形，使它的上升沿或下降沿變得陡直。施密特觸發(fā)器具有翻轉特性，還可用于電壓幅度鑒別

11、電路中。施密特觸發(fā)器外接定時元件（r，c），還可以組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器等。因此，施密特觸發(fā)器有較廣泛的用途。電路中，cd40106b 由6個施密特觸發(fā)器電路構成。每個電路的功能是作為一個帶施密特觸發(fā)器輸入的反向器使用。 當正極性或負極性信號輸入時，觸發(fā)器在不同的點翻轉。正極性(vp)和負極刑(vn)電壓的不同之處由遲滯電壓(vh)確定。（cd40106）3.2.4控制電路計時的開始、中斷、停止、復位都需要進行控制，所以控制電路應該具有以上功能。對其狀態(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d型觸發(fā)器和4081門電路來實現(xiàn)以上功能。實際的2輸入與門電路（如cc4081

12、）由2個非門和1個或非門組成。 d型觸發(fā)器也稱為延遲觸發(fā)器。d型觸發(fā)器輸出狀態(tài)的改變依賴于時鐘脈沖的觸發(fā)作用，即在時鐘脈沖出發(fā)時，輸入數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)端傳輸至輸出端。圖3.7 4013 管腳圖圖3.8 4013 功能表 與門是執(zhí)行與功能的邏輯部件，其邏輯關系的特點是：只有當全部輸入端都處于高電平時，輸出端才為高電平；只要有一個輸入為低電平，輸出端就處于低電平。（cd4081） 與門的性能指標：1 輸入端和輸出端均附加反相器作為緩沖級；2 具有對稱的輸出驅動能力：iol=ioh；3 具有對稱的輸出波形：tphl=tplh,tthl=ttlh;4 輸入高電平和輸入低電平時的抗干擾能力相同，且保證值達30

13、%vdd； 3.2.5計數(shù)電路(4518) cd4518是二/十進制同步加計數(shù)器，在一個封裝中含有兩個可互換二/十進制計數(shù)器，其功能引腳分別為17和915。該計數(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有兩個時鐘輸入端cp和en，若用時鐘上升沿觸發(fā)，信號由cp輸入，此時en端應接高電平“1”，若用時鐘下降沿觸發(fā)，信號由en端輸入，此時cp端應接低電平“0”，不僅如此，清零（又稱復位）端cr也應保持低電

14、平“0”，只有滿足了這些條件時，電路才會處于計數(shù)狀態(tài)，若不滿足則ic不工作。計數(shù)時，其電路的輸入輸出狀態(tài)如表3所示。值得注意，因表3輸出是二/十進制的bcd碼，所以輸入端的記數(shù)脈沖到第十個時，電路自動復位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100mhz的晶振進行分頻來達到我們電路所需要的100hz。cd4518引腳功能(管腳功能)如下：1cp、2cp：時鐘輸入端。1cr、2cr：清除端。1en、2en：計數(shù)允許控制端。1q01q3：計數(shù)器輸出端。2q02q3：計數(shù)器輸出端。vdd：正電源。 圖3.9 4518管腳圖 圖3.10

15、4518功能圖 圖3.11 4518波形圖根據(jù)4518的的功能表， 我們可以知道當有脈沖觸發(fā)時，en或者cr管腳任意為高電平，芯片則開始加計數(shù)。具體的功能表及真值表如下：cpen cr功能10加計數(shù)00加計數(shù)xx1清零（復位）q1-q4為0圖3.12 4518 的功能表輸入輸出cp或en0123456789q40000000011q30000111100q20011001100q10101010101 圖3.13 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)的特點組成n位十進制計數(shù)器。從波形分析，當輸入端的計數(shù)脈沖到第10個時，電路自動復位0000狀態(tài)，因為4518沒有進位功

16、能的引腳，所以應該充分利用第6或14腳輸出脈沖的下降沿，利用該脈沖和en端相連，就可以實現(xiàn)電路進位的功能，根據(jù)分析結果，電路設計如下：圖3.143.2.6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七段數(shù)碼管.在譯碼顯示電路輸出信號的驅動下,顯示出清晰,直觀的數(shù)字符號。cd4511是bcd-鎖存/七段譯碼/驅動器，有燈測試功能；以反相器作輸出級，用以驅動led或數(shù)碼管；具有消隱輸入；顯示數(shù)6時，a=0,顯示9時，d=0 . 1-b,2-c,3-lt（為燈測試輸入端）,4-bi（數(shù)據(jù)輸入端）,5-le（鎖存使能，

17、鎖存輸入使能）,6-d,7-a,8-vss（電源負極）（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)碼管的相應腳。 圖3.15 4511的管腳圖cd4511 是一個用于驅動共陰 led 顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器，其引腳路如圖 6.1 ，邏輯功能見表 2，8421 bcd 碼對應的顯示見圖 7.1。其功能介紹如下： bi：當bi=0 時，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bi=1，lt=0 時，不管輸入 dcb

18、a 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 le：使能控制端，當le=0時，允許譯碼輸出。 dcba：為8421bcd碼輸入端。 abcdefg：為譯碼輸出，輸出為高電平。cd4511的內部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。譯碼器還可以有拒偽碼功能，當輸入碼超過1001時，輸出全為“0”，數(shù)碼管熄滅。 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。 cd4511的工作原理 1. cd4511的工作真值表如表3-2 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

19、端le的電平狀態(tài)。 當le為“0”電平導通，tg2截止；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 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(shù) 據(jù)b、c進行組合，得出a、b、c、d四項，然后將輸入的數(shù)據(jù)a、d一起用或非門譯碼。 （4）消隱 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(jù)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。 要將451

20、1的七個輸入端接至數(shù)碼管對應的端口上。通+5v電源和將十進制數(shù)的bcd碼接至譯碼器的相應輸入端a，b，c，d即可顯示09的數(shù)字。四位數(shù)碼管可接受四組bcd碼輸入，cd4511與led數(shù)碼管的連接圖如下：cd4511真值表：輸 入 輸 出 lebilidcbaabcdefg顯示 xx0xxxx11111118x01xxxx0000000消隱 011000011111100011000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011

21、11111801110011110011901110100000000消隱 01110110000000消隱 01111000000000消隱 01111010000000消隱 01111100000000消隱 0111111000000消隱 111xxxx鎖 存 鎖存 led數(shù)碼管： led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8字加一個小數(shù)點）而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那么應用時這個腳就分別的接vcc和gnd。再把多個這樣的8字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。一個led數(shù)碼管可用來顯示一位0-9十進制數(shù)和一個小數(shù)點。小型數(shù)碼管（0.5

22、寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光的顏色不同略有差別，通常約為2-2.5v，每個發(fā)光二極管的點亮電流在5-10ma。led數(shù)碼管要顯示bcd碼所表示的十進制數(shù)字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼動能，還要有相當?shù)尿寗幽芰Α?1顯示器的檢測（1）led數(shù)碼顯示器的檢測 判斷l(xiāng)ed數(shù)碼顯示器的極性。對于標識不清的led數(shù)碼顯示器，可以通過用萬用表r*10k擋測量來確定其極性。1）測量時，將黑表筆串接1節(jié)1.5（電池的負極接萬用表“-”端，正極接黑表筆）后，接數(shù)碼顯示器任一引腳不動，用紅表筆依次碰觸其余各引腳。若同一位數(shù)碼管上的幾個筆端均發(fā)光，則說明被測數(shù)碼顯示器為共陽

23、極結構，且黑表筆接的是該數(shù)碼管的公共陽極。2）若測量時各位數(shù)碼管均不亮，則應對調表筆，即將紅表筆串接1節(jié)1.5v干電池（電池的負極接紅表筆，正極接萬用表的“+”端）后，接數(shù)碼顯示器任一引腳不動，用黑表筆去依次觸碰其余各引腳。若測量時同一位數(shù)碼管上各表筆段均發(fā)光，則說明被測數(shù)碼顯示器為共陰極結構，且紅表筆接的是該數(shù)碼管的公共陰極， （2）檢測已知極性的led數(shù)碼顯示器 對于已知極性的led數(shù)碼顯示器，用萬用表r*10k檔直接測量其內部各發(fā)光二極管的正，反向電阻值，即可判斷好壞。1） 共陰極led數(shù)碼顯示器，可將萬用表的紅表筆與公共陰極相接不動，用黑表筆依次去觸碰其它各引腳，觸碰哪個管腳，相應的筆

24、端應發(fā)光，同時萬用表的指針也會大幅度向右擺動。2） 共陽極led數(shù)碼顯示器，可將萬用表的黑表筆與公共陽極相接不動，用紅表筆依次去觸碰其它各引腳，觸碰哪個管腳，相應的筆端應發(fā)光，同時萬用表的指針也會大幅度向右擺動。3） 若測量數(shù)碼顯示器公共端與某引腳之間的正向電阻值為0或為無窮大，則說明該顯示器內部有發(fā)光二極管擊穿或開路損壞。 四、原器件的選擇+5v電源lcd數(shù)碼管4個cd4511芯片4個、cd4518芯片8個、40106芯片3個、4081、4013芯片各一個100k晶振一個，7805穩(wěn)壓器一個電阻、電容若干五、調試過程介紹:接好電源，我們準備認真調試。調試過程中，出現(xiàn)了一數(shù)碼管f段不亮的故障。

25、在指導老師的幫助下，首先我準備測量與。該數(shù)碼管f段相連接的cd4518點之間的電路部分，檢測cd4518是否有電源5v 供應。根據(jù)電路圖，cd4518的15 腳與f段相連，用萬用表r*1檔，在電阻r2間測量，結果顯示正常，為200歐姆。通過測量結果，可以判斷問題故障出在數(shù)碼管內部。接著，我準備檢測數(shù)碼管是否正常。用萬用表的電阻擋*1檔，黑表筆接數(shù)碼管的2腳，紅表筆接cd4518的16腳+5v電源端，經過測量，表針不轉動，顯示無窮大。所以可以判斷該數(shù)碼管是壞的。所以我們進行更換數(shù)碼管。取出一數(shù)碼管，進行檢驗其好壞，通上電源，檢測每一管腳是否通路，經過我們小組隊員的幫助，我的數(shù)碼管很快就更換好了。引一根+5v的電源引線，用以控制電路的清零和控制端；通電之后，將引線觸碰cd4013的10腳和11腳將實現(xiàn)該功能，卻發(fā)現(xiàn)不能實現(xiàn)。斷電之后，對照電