数字显示继电器设计报告

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数字显示继电器设计报告 本文简介：编号课题名称数显时间继电器2008年3月目录第一章概述…………………………………………………(3)第一节设计目的与技术要求………………………………(3)第二节框图与电路介绍……………………………………(3)第三节集成电路元件块介绍………………………………(4)第二章单元电路介绍……………………………

数字显示继电器设计报告 本文内容：

编号

课题名称

数显时间继电器

2008

年3月

目

录

第一章

概述…………………………………………………(

3

)

第一节

设计目的与技术要求………………………………(

3

)

第二节

框图与电路介绍……………………………………(

3

)

第三节

集成电路元件块介绍………………………………(

4

)

第二章

单元电路介绍………………………………………(

11

)

第一节

电源部分……………………………………………(

11

)

第二节

脉冲发生部分………………………………………(

12

)

第三节

时间设定部分………………………………………(

13

)

第四节

计数、译码、显示部分……………………………(

14

)

第五节

放大输出部分………………………………………(

14

)

第三章

整机电路……………………………………………(

16

)

第一节

电路原理图…………………………………………(

16

)

第二节

元件清单……………………………………………(

17

)

第三节

电路的改进…………………………………………(

18

)

第四节

总结…………………………………………………(

18

)

第五节

参考文献……………………………………………(

18

)

第一章

概述

第一节

设计目的与技术要求

一：设计目的

学会秒脉冲形成电路和数字电路的设计方法：掌握CD4518,CD4553,CD4511等常用数字电路和BCD拨码开关；可控硅的应用；了解数字显示电路的扩展应用，了解产品设计的基本思路和方法。

二：技术要求

1、

电源电压AC220V；

2、

重复定时精度要求误差小于等于0.5%，恢复时间小于等于

0.1%；

3、

定时范围0—99秒；

4、

显示部分无闪烁，稳定，清晰；

5、

输出具有两常开，两常闭，到达定时值后常开触点闭合，

常闭触点断开，输出驱动能力达AC220V/2A；

6、

电路结构简单、体积小、成本低稳定性好，可商业化生产。

第二节

框图与电路介绍

一：电路框图

二：电路介绍

根据上面的电路框图我们可以看出，本电路分为电源放大控制部分，脉冲发生部分，时间设定部分和计数部分，译码显示部分这五大块分组成。这个电路图以CD4060为核心组成一

分频的脉冲发生器，脉冲一共分为两路，一路送往CD4553（三位BCD码分时并行输出计数器），将BCD码送到CD4511（4线-七段锁存译码器/驱动去）驱动三位动态共阴数码管SM420563。还有一路是送往CD4518（双十进制同步计数器），共用两片CD4518组成一个三位数的BCD码静态计数器，计数当前数值与三位BCD码数码开关设定值相等同时，就会取出一个栓锁信号给CD4553（三位BCD码分时并行输出计数器）锁定，这时放大电路工作驱动继电器，常开触点吸合，常闭触点断开。以上所说的就是此电路工作过程。

第三节

集成电路元件块介绍

一：CD4511（4线—七段锁存译码器/驱动器）芯片的简介

1、CD4511的引脚及功能介绍

(1)、CD4511的引脚

CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚图如3-2所示。

各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示

a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。

(2)、功能介绍

BI：4脚是消隐输入控制端，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（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0

时，译码输出全为1，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：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

2、CD4511的工作原理

(1)、CD4511的工作真值表

输

入

输

出

LE

BI

LI

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

显示

X

X

0

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

8

X

0

1

X

X

X

X

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

2

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

3

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

4

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

5

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

6

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

7

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

8

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

9

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

消隐

1

1

1

X

X

X

X

锁

存

锁存

（2）、锁存功能：译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。

当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。如图3-3

（3）译码功能：CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数

据B、C进行组合，得出、、、四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。

（4）消隐功能：BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路如图3-4所示。

消隐输出J的电平为

：J=

=（C+B）D+BI

如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D，据上式，当输入BCD代码从1010---1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。

(5)、8421

BCD

码对应的显示见下图

：

（6）、选用共阴极数码管，对于

CD4511

，它与数码管的基本连接方式如下图

：

二：CD4060（14位二进制串行计数器）芯片的简介

⑴、CD4060的结构

⑵、各个引脚的功能

7、5、4、6、14、13和15脚分别代表Q4～Q10，1、2、3脚分别代表Q12～Q14，它们都是计数器的输出端。

3脚代表Q14，是代表第14级计数器的反相输出端。

9脚为振荡输出端。

10脚为振荡输入端。

11脚为振荡反馈、控制输入。

12脚复位端，“1”有效。

8脚VSS代表接地。

16脚VDD代表接电源。

⑶、CD4060的工作原理

CD4060是又一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或者晶振电路。CR为高电平时，计数器清零并且振荡器使用无效。所有计数器位均有主从触发器。在CP1的非（和CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线行使用施密特触发器对时钟上升和下降的时间无限制。

(4)、CD4060的真值表

三：CD4518（双二～十进制加计数器）芯片的简介

⑴CD4518的结构

⑵各个引脚的功能

1脚和9脚分别代表1CP和2CP是时钟的输入端。

7脚和15脚分别代表1CR和2CR是清除复位端。

2脚和10脚分别代表1EN和2EN是计数允许控制端。

3脚～6脚分别代表1Q0～1Q3是计数器的输出端。

11脚～14脚分别代表2Q0～2Q3是计数器的输出端。

8脚VSS代表接地，16脚VDD代表接电源。

⑶工作原理

CD4518为BCD加法计数器，由两个相同的同步4级计数器构成，计数器级为D触发器，具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或者下降沿加计数。在单个单元运算中，EN输入保持高电平，并且在CP上升沿进位，CR线为高电平，计数器清零。

计数器在脉冲模式下可级联，通过将Q3连接至下一计数器的EN输入端可实现级联，同时后者的CP输入保持低电平。

如果要用时钟的上升沿触发计数，则信号又CP端输入，并EN端接高电平，如果要用时钟下降沿触发器计数，则信号又EN输入，并使CP端保持为低电平。Q1～Q4是4位二进制输出端，Q1是最底位Q4是最高位，CR是清零端，当在CR端加高电平式正脉冲。

做加计数时Q1～Q4以状态0000到1001（十进制0～9）变化并循环，显然，又1001变为0000时Q4又高变低；产生一个下降沿脉冲，所以Q4可作多级计数器级联时上一级输出，因为是下降沿效，所以Q4应与高计数器的EN端相连。

(4)、CD4518真值表

四：4553（三为BCD码分时并行输出计数器）芯片的简介

⑴、CD4553的结构

(2)、各个引脚的功能

12脚代表CL是时钟的输入端。CD4553内部设置了整形电路，对输入时种计数脉冲的边沿无要求。

11脚代表Dis是时钟输入控制端。当Dis=0时，允许时钟脉冲输入，当Dis=1时，禁止时钟脉冲输入。

10脚代表LE锁存控制端。LE=0时，将BCD计数器输出的计数结果进行传送，当LE=1时将接口进行锁存。

9脚和7—5脚代表Q1到Q4是BCD码输出端。

2脚，1脚和15脚分别代表DS1非，DS2非，DS3非是数据选择输出端，即作为分时输出同步控制信号端，从而形成动态显示方式，低电平有效。即当DS1非、DS2非、DS3非只有一个低电平时，通过多路转换器，Q1到Q4分别输出个位计数器，十位计数器，百位计数器的计数值。在任一时刻，DS1非、DS2非、DS3非只有一个低电平，并作周期循环，形成一个三位时序信号。

4脚和3脚分别代表C1a和C1b是外接定时电容，作为芯片内部扫描振荡器的内部时钟。在使用内部时钟时，C的值一般可取1000pf。

13脚是MR是复位端，当MR=1时扫描振荡被禁止，DS1非—DS3非均输出高电平，使得显示器消隐，同时三组BCD计数器全部清零。

14脚代表0.f

是数据溢出端，当三位BCD计数器的计数由“999”至“000”时，即输入第1000个计数脉冲时，0.f端输出一正脉冲，可为CD4553多级级联带来方便。

8脚代表VSS接地，16脚代表VDD接电源。

(3)、CD4553工作原理

CD4553是含三位数字计数器、锁存器、多路复位器等电路的多功能记数芯片。记数脉冲输入4553的12脚，3、4脚产生1KMz扫描信号，经多路复合器后，从2、1、15脚分别输出与个位、十位、百位相对应的时序负脉冲。如Q3Q2Q1Q0端送出个位数据时，为低电平，送出十位数据时，为低电平，送出百位数据时，为低电平。由于数据是按时序交替输出的且变化速度快，达到每秒25桢，人的眼睛无法感觉到其变化。输出个位数据时，4511对其译码后输出七段（a～g）驱动信号加到数码管上，此时4553只有=0，VT3饱和时导通数码管LDN1的公共端COM1经VT3的ec接地而显示出这个数字，同理4553输出十位、百位数据时，分别由数码管LDN1，LDN2，LDN3显示出来。

(4)、CD4553的工作真值表

输入

输出

R

CP

Dis

LE

0

↑

0

0

不变

0

↓

0

0

进位

0

×

1

×

不变

0

1

↑

0

进位

0

1

↓

0

不变

0

0

×

×

不变

0

×

×

↑

锁存

0

×

×

1

锁存

1

×

×

0

Q=0

五：7809三端稳压器的简介

⑴CW7809的结构

⑵CW7809的简介

集成稳压器有多种类型。按稳压原理不同，可分为串联调整式、并联调整式、开关调整式；按引出端数不同，可分三端集成稳压器和多端稳压器；按封装形式不同，可分金属装和塑料装。此次所选为固定式三端稳压器。

LM7809内部就是一个串联型晶体管稳压电路，除了基准、取样、比较放大和调整外，还有较完整的保护电路。稳压器只有输入端1脚，输出端2脚，公共端3脚，三个引出端。次产品是正电压输出。电容C12200uF为输入端的滤波电容，电容C2

0.33uF用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，同时又能滤除高频杂波。为了保证稳压器正常工作，输入与输出电压之间至少相差2～3V。稳压器最大输入电压一般不能超过40V。

第二章

单元电路介绍

第一节

电源部分

一：电源部分

输出电源220V，经变压器得17～18V电压，通过V1～V4整流，经C1滤波，得到较稳定电压。后接三端稳压器LM7809，其1脚为输入端，2脚为接地端，3脚为电压输出端，输出正9V电压，提供所有芯片电源。电容C2作用为消除电感效应，防止自激振荡。

二：电路图

三：电路分析

在电源、放大控制电路原理图中红线框内为电源部分电路，电源220V交流电经过T1变压，降压后，由T1次级输出15V～17V的交流电压，经过V1～V4整流后再经电容C1滤波，测得C1和整流二极管之间的电压为20V，再输入到7809的1脚，由3脚输出，测得3脚和C2之间的电压为9V电容C2是用以抵消输入端的电感效应，防止产生自激振荡。

电源这块因为经整流滤波后的直流电压虽已变得比较平滑，但不能确保它是稳定，当电网波动或负载电流变化时，就会引起输出电压的变动。为了保证输出电压的稳定，通常在整流电路之后再加上稳压电路。

在我们所用的直留稳压电源中，通常它是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成的。

⑴电源变压器：将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。

⑵整流电路：将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3。它包含直流成分和许多谐波分量。

⑶滤波电路：滤波脉冲电压u3中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。该电压往往随电网电压和负载电流的变化而变化。

⑷稳压电路：它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。

第二节

脉冲发生部分

一、等效电路

⒉脉冲部分分析

电路由14位二禁止串行计数器/分频器和振荡器CD4060构成。电路中利用CD4060组成两部分电路，一部分是14分频器，其最高分频为16394；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768HZ的振荡器。

原来我们在设计电路中经常用555振荡产生秒脉冲，在这里就不能使用555振荡器，因为普通的555振荡电路产生的脉冲用于短时间定时是看不出时间误差的，由于本电路做的定时范围是0—999秒，精度要求不大于0.5%，恢复时间不大于0.1%，对脉冲产生的要求较高，所以不宜于用555振荡电路产生脉冲而是采用集成CD4060产生脉冲。根据电路可以CD4060的10、11脚内部电路中的反相器组成的一个晶体振荡器。R2是偏置电阻，为反相器提供工作电压，与200pf的电容和晶振组成JK型反馈网络。如果把其中的一个电容器换成可变电容，可以使振荡频率得到准确的调节。我们这里采用的是固定电容，对设计电路的要求来说是可以达到的。晶体振荡器频率为32768HZ的脉冲信号经过14级2分频（2Hz），所以在第3脚Q14段输出的便是2HZ的脉冲信号。本电路中的CD4060的复位采用的是上电复位，电容C3为上电复位电容，当C3充电时，电容相当与断路，12脚上的压降很高，CD4060复位当C3充电完毕时，电容相当与短路，12脚上的压降很小，不能复位。

在CD4060秒脉冲电路中晶体振荡器起着非常关键的作用，没有这电路将不能正常工作，根本就没有脉冲产生。振荡器是以调谐放大器为基础再加反馈网络构成的，它和放大器一样也是一种能量转换装置，但和放大器不同的是，放大器与输入信号才有输出信号，而振荡器无需外加信号，就能自动产生一定频率、一定振幅和一定波形的交流信号。如果振荡器产生的交流信号是正弦波，则称正弦振荡器。它广泛应用于多种电子设备，如无线电发射器中的载波信号源，超外差收音机中的本振信号源，数字系统中的时钟信号源，微波炉中的高频振荡源等，在振荡器中，尽管采取了多种稳频措施，其频率稳定度也只能达到较少的数量级，如果要求更高的频率稳定度，就必须采用石英晶体振荡器。

第三节

时间设定

一、等效电路

二、时间设定部分分析

时间设定部分由两片CD4518构成计数部分，有三个BCD码开关对时间进行设定。CD4518的计数信号是由脉冲发生部分输出的2HZ信号，信号输入第一个CD4518的1脚1CP端，经过1Q0端再次分频为1HZ信号从3脚输出，一路供给计数、译码电路，另一路接自身2EN端10脚，开始计数。2Q4端为二进制BCD码计数器的高位Q4端，在十进制计数中只有8、9，即Q4、Q3、Q2、Q1、为0000，Q4刚好发生翻转为低电平，送入另一个CD4518的第一位1EN也就是十位，十位开始计数，这也正好是“个”位的进位脉冲信号。当十位计数达到9时，也同上述一样，从1Q3打6脚输出一个低电平，给第二位一个脉冲信号，使得百位开始计数。CD4518的7、15脚为复位端，接R1的上电复位信号。三为BCD拨码开关的8、4、2、1脚接CD4518的Q4～Q1脚，因为二极管的单向导电性，计数器的计数信号不能反串到拨码开关，而BCD拔码开关的设定信号可以传到计数器，使E7处电位降低，所以当计数的数值达到设定值时，12个二极管全部截止，在R7电阻这里产生一个高电平信号来驱动放大电路的三极管9013。如果计数的数值与设定值不同时，12个二极管至少有一个会道统，R7处就不会有高电平产生，从而也就驱动不了9013。本电路中的计数信号没有接到CP端，而接到EN端，是因为CP端为高电平有效，在脉冲的上升沿触发，EN端为低电平有效，在脉冲的下降沿触发，这样计数与显示是同步的。

第四节

计数，译码和显示部分

一、等效电路

⒉计数，译码和显示部分分析

此电路由CD4553计数，CD4511译码驱动及LED显示等三路组成三极管反相放大去选通三位LED显示器的共阴极。再经过Q0～Q3端输出8421码，送到CD4511译码驱动器的A～D端输入端，经过译码转变成七段译码驱动信号，由Ya～Yg端输出，送入3位LED显示器的a～g端，使LED数码显示器显示出锁计的数值。LE端10脚栓锁信号从V7阴极电阻上取来，当三极管放大饱和时，LE为高电位，计数器锁定显示器所显示的设定值。MR端13脚从电阻R1上引来的上电复位信号，使计数器复位。

第五节

放大输出电路

一、等效电路

二、电路分析

此等效电路块有两部分组成，在红线框内的为电源部分电路，红线框外的为驱动放大电路。由于前面已经介绍过了电源部分，这里只对放大驱动电路介绍：放大驱动电路的信号是从R7电阻上取样来的，此信号送入V6（9013）三极管基极，当数值达到导通电压时，V6进入饱和状态，从发射极电阻R2取出电信号来驱动可控硅V7、V8导通，V7导通后驱动继电器K动作，常开闭合，常闭断开，接通外部电路。由于继电显感性，为电能元件，所以在V7动作频率高的情况下，为了缩短继电器K的恢复时间，加一个续流二极管V5，让继电器K失电瞬间对V5快速放电，电路正常工作时V5上加的是反向电压，V5截止。还有将继电器放在稳压电源7809前面，是为了减小稳压电源7809的负载。V8导通从阴极电阻R4上取得高电平送到计数器CD4553的10脚LE端进行锁存，使显示器显示停止在设置数值上。

可控硅不仅具有硅整流器的特性，还能以小功率信号去控制大功率系统，可作为强电和弱电的接口，高效的完成对电能的变换和控制。它主要应用于，可空整流、逆变电源、交流调压、斩波器和无触点开关这几个方面。本电路中可控硅做无触点开关用。

第四章

整

机

电

路

第一节

电路原理图

第二节

元件清单

序号

代号

名称

型号规格

数量

备注

1

R1

电阻

3M

1

2

R2

电阻

2M

1

3

R9～R9，R13

电阻

680Ω

8

4

R10～R12

电阻

10K

3

5

R14

电阻

200K

1

6

R15、R17

电阻

100K

2

7

R16、R18

电阻

20K

2

8

C1

电容

2200uf

1

9

C2

电容

100

uf

1

10

C3

电容

103

1

元片

11

C4、C5

电容

201

2

元片

12

C6

电容

100pf

1

元片

13

V1～V5

二极管

1N4007

5

14

V6

三极管

9013

1

NPN

15

V7、V8

晶闸管

MCR100-6

2

16

V9～V11

三极管

9012

3

PNP

17

V12～V23

二极管

1N4148

12

18

IC16

底座

16脚

5

19

K

继电器

JRF4078

1

20

IC1、IC2

计数器

CD4518

2

21

IC3

计数器、锁存多路复合器

CD4553

1

22

IC4

译码器

CD4511

1

23

IC5

14分频器

CD4060

1

24

IC6

三端稳压器

CW7809

1

25

X

晶振

32768HZ

1

26

SB

按钮开关

常闭

1

27

SK1～SK3

拨码开关

3

28

LED

显示器

SM420563

1

共阴极

第三节

电路的改进

一、电路的改进

本课题是要求对1000以内的数有锁存功能。而在有些场合则不需要锁存功能，它需要不停地循环计数。在此我只需在本课题的基础上略加改动就能实现。既然不需要锁存，可以把10脚接地。发现CD4553的14脚为数据溢出端O.F，输出的是正脉冲。只须将14脚通过一个二极管接到13脚即可。当计数第1000个脉冲时，进位输出O.F产生正脉冲加到13脚复位端，使CD4553复位，进入下一个计数周期。

第四节

总结

通过这个课题的设计让我对数字电路进一步的了解，并使知识有了扩展。更重要的是能将这些知识融会贯通，并在实践中进一步对所学的知识进行论证。

学院通过课题设计让我们对以前所学的理论知识得到验证的机会，更重要的是锻炼一个人独立思考、独立操作、独立完成的能力，也学到了对待一个新事物应该怎一步一步的化解，把它化整为零，再运用所学的知识解决它。也启发了我的创造能力，告诉我不要拘于在先成，要创新，使所研究的东西越发完善，功能越发齐全，并不断的提出自己更为先进的构思来给大家研究。

在本课程设计学习当中，我掌握了常用电子元器件选择方法和设计计算过程，模拟电路和数字电路的综合运用，提高了自己的独立完成设计方案、产品调试。能正确运用Protel99绘制电路原理图。

在设计过程中，我学习到数字电路奥妙，而且能通过数码管显示出确切计时的数字以及秒脉冲的产生过程、设定时间与计时时间之间是怎样比较的、栓锁功能是怎样实现的、译码驱动的实现。特别对驱动有了更多的了解。在译码驱动部分我们选用4511，它是将BCD(二－十进制码)译成七段码（a-g），驱动三位共阴极LED数码管，在电路板的制作过程中我和我的组员们都遇到了一些故障，但我相信在我们排除这些故障的同时也积累了一些排除故障的经验。

由于本人知识有限课题中有很多不足和欠缺，甚至会有一些错误的地方，希望老师和同学提出宝贵的意见和建议。

第五节

参考文献

1、《电子电路基础》

邵展图主编

中国劳动社会保障出版社

2、《常用电子元件简明手册》

沈任元

吴勇主编

机械工业出版社

3、《电子电力学》

南京大学出版

4、《家用与民用电路》

中国计量出版社

篇2：数字显示仪表报告

数字显示仪表报告 本文关键词：仪表，数字，报告，显示

数字显示仪表报告 本文简介：东北石油大学课程设计课程数字显示仪表课程设计题目数字压力显示仪表的制作院系电气信息工程学院专业班级自动化11-6班学生姓名刘洋学生学号110601140614指导教师刘玉敏董长义2013年8月2日东北石油大学课程设计任务书课程数字显示仪表课程设计题目数字压力显示仪表的制作专业自动化姓名刘洋学号110

数字显示仪表报告 本文内容：

东北石油大学

课

程

设

计

课

程

数字显示仪表课程设计

题

目

数字压力显示仪表的制作

院

系

电气信息工程学院

专业班级

自动化11-6班

学生姓名

刘

洋

学生学号

110601140614

指导教师

刘玉敏

董长义

2013年

8

月

2日

东北石油大学课程设计任务书

课程

数字显示仪表课程设计

题目

数字压力显示仪表的制作

专业

自动化

姓名

刘

洋

学号

110601140614

主要内容：

在面包板上安装一台单片A/D转换器7107或7106组成的0-2V通用表头。配接压力传感器（应变片式、扩散硅式或其它类型压力传感器），制成数字压力显示仪表。

基本要求：

（1）根据实验室所提供的元件、材料，设计并描绘电路接线图。最后在面包板上接插显示仪表的电路。

（2）由于元件、材料要反复使用，在接插过程中要小心，不要故意破坏元件。

（3）在整个课程设计中，要学会实验室基本仪器、工具有使用方法。

（4）各小组配备的万用表、工具精心使用，如有故意损坏、丢失、要按价赔偿。

参考资料：

[1]沙占友.数字化测量技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]彭介华.电子技术课程设计指导[J].北京：高等教育出版社，1997.

[3]孙梅生.电子技术基础课程设计[J].北京：高等教育出版社，1996.

[4]周泽存.刘馨媛.检测技术[M].北京：机械工业出版社，1995.

[5]常健生.模电检测与转换技术[M].北京：工业大学出版社，2002.

[6]张志义.电子工艺实训基础[M].北京：化学工业出版社，2007.

完成期限

2013.7.22～2013.8.2

指导教师

专业负责人

2013年

8月

2日

目

录

第1章

数显仪表工作原理1

1.1数字是显示仪表的基本构成2

1.2数字仪表的主要技术指标3

1.3线性化问题5

1.4信号的标准化及标度变换7

1.5

HM20压力传感器8

第2章

数显仪表的制作1

2.1

ICL7107双积分A/D转换器1

2.2

LED显示器1

2.3主要集成块、三极管1

第3章

数显仪表的安装2

3.1测量电阻1

3.2测量电容1

3.3数字式压力数显表头的安装1

3.4连接电路1

第4章

结论与体会2

参考文献10

第1章

数显仪表工作原理

数字式显示仪表是一种具有模/数转换器并以十进制数码形式显示被测变量值的仪表，它与各种传感器、配送器配套，可以显示出各种不同的参数。数字式仪表具有精度高、功能全、速度快、抗干扰能力强等优点，体积小、耗电低、读数直观，且能将测量结果以数字形式输入计算机，从而实现生产过程自动化。

1.1

数字式显示仪表的基本构成

近五十年来，随着现代科学技术的迅猛发展，使数字仪表很快地从电子管式、晶体管式发展到目前集成电路式和带有微处理器的数字仪表。在工业生产过程中常用的数字式仪表有数字式温度计、数字式压力计、数字流量计、数字电子秤等。

数字仪表的主要特点有：

准确度高：一般通用的数字电压表要过到0.005%的精确度是较容易的。

分辨力高：数字电压表的分辨力一般为10μV或1μV，有的可达0.1μV。

无主观读数误差：数字仪表以数码形式显示测量结果，读数清晰、客观。

测量速度快：数字仪表的测量速度，一般是由模/数转换器决定的。根据模/数转换器原理不同，仪表的测量速度可达每秒数次直到每秒几十万次。

能以数码形式输出结果：主要使仪表与计算机能方便地联机，为测量结果的数据处理提供了良好条件。

传感器

测量电路

电平放大

非线性校正和A/D转换器

译码、驱动、显示

控

制

逻

辑

设定机构

比较环节

控制模式

信号输出

图1-1

数字显示仪表的方框图

数显仪表按工作原理一般分为不带微处理器的和带微处理器的。其原理框图如图1-1所示。不带微处理器的仪表，通常用运算放大器和中、大规模集成电路来实现；带微处理器的仪表，是借助软件的方式来实现原理框图中的有关功能。

尽管数字仪表的品种繁多，但其基本构成形式可由图1-2所式的主要环节组成。模—数转换器是数字仪表的核心，以它为中心，将仪表分为模拟和数字两大部分。仪表的模拟部分一般设有滤波、前置放大器和模拟开关等环节。仪表的数字部分一般有计数器、译码器、时钟脉冲发生器、驱动显示电路以及逻辑控制电路组成。数字仪表的和发展是与计算机技术、电子技术等现代技术的发展紧密相关的，他的优越性能和广泛的应用使传统的模拟仪表受到严重挑战。模拟仪表会不会被数字仪表所取代，已引起人们的关注和争议。模拟仪表的一些固有的特点，如可做趋向显示等仍为人们所欣赏，数字仪表尚难完全取代模拟仪表。另外在功能、精度要求不高，而更注重可靠性和实用的工业过程检测和控制系统中，模拟仪表更显出特有的优势。

因此一种可能的发展方向，尤其在面板类仪表中，是将数字仪表和模拟仪表的优点结合起来，开发出新一代显示仪表。目前出现得一种新类型、采用固体电路和模拟显示的面板表—光柱式（条图式）仪表就兼有数字和模拟仪表的优点。

被测对象

传感器

前置放大

模数转换

计数译码

数码输出

报警系统

打印记录

数字显示

模拟开关

时

钟

逻

辑

控

制

电

路

线性化器

基准源

标度变换

图1-2数字显示仪表的方框图

1.2

数字仪表的主要技术指标

显示位数：以十进制显示被测变量值的位数成为显示位数。能够显示“0～9”的数字位称为“满位”；仅显示1或不显示的数字位，称为“半位”或“位”。工业用数字温度显示仪表的显示数位为位，可显-1999~1999。高精度的数字显示位数目前达到位。

仪表的量程：仪表标称范围的上、下限之差的模，称为仪表的量程。量程有效范围上限值为满度值。例如XMZ—101数字式温度仪表，测量范围为30~180℃，量程为150℃，满度值为180℃。

精度：目前数字式显示仪表的精度表示法有三种：满度的±а%±n字、读数的±а%±n字、读数的±а%±满度的b%。系数n是显示仪表读数最末一位数字变化，一般n=1。这是由于把模拟量转化成数字量的过程中至少要产生±1个量化单位的误差，它和被测量无关。显然，数字表的位数越多，这种量化所造成的相对误差就越小。

分辨力和分辨率：数字仪表的分辨力是指末位数字改变一个字所对应的被测变量的最小变化值，它表示了仪表能够检测到的被测变量的最小变化的能力。数字式显示仪表在不同量程下的分辨力是不同的，通常在最低量程上具有最高的分辨力，并以此作为该仪表的分辨力指标。

输入阻抗：数字式显示仪表是一种高输入阻抗的仪表，输入阻抗可达到1012Ω。

抗干扰能力：数字式显示仪表一般用串联干扰抑制比和共模抑制比来表征抗干扰能力的大小。

串模干扰抑制比（SMR）为

SMR=20lg

式中—串模干扰电压

r—所造成的最大显示绝对误差。

共模干扰抑制比（CMR）为

CMR=20lg

式中—串模干扰电压；

—所造成的最大显示绝对误差。

SMR和CMR的单位是分贝，数值越大，表示数字仪表的抗干扰能力越强，一般直流电压型数显仪表的串模干扰抑制比为20~60dB，共模干扰抑制比为120~160dB。

1.3

线性化问题

对于显示仪表来说，一般希望它的刻度方程是线性，以保证在整个量程范围内具有恒定的灵敏度。实际上由于大多数传感器特性非线性，测量电路具有非线性元件或者转换关系非线性等原因，造成仪表输入信号与被测物理量之间存在程度不同的非线性。例如：

Rt=Rt0(1+At+Bt2)

0℃≤t≤850℃

Rt=Rt0[1+At+Bt2+c(1-100)t3]

-200℃

式中Rt—温度为t℃时铂电阻的阻值；

Rt0—温度为0℃时铂电阻阻值；

A、B、C—温度系数，为常数。显然，铂电阻的阻值与被测温度呈非线性关系。其它诸如热电偶的热电势和被测温度之间，差压变送器的差压△P和Q之间都不是线性关系。

对于非线性问题，在模拟显示仪表设计中也是同样存在的，但在模拟显示仪表中可以通过仪表标尺的非线性刻度来解决，以便直接读出被测参数的数值。而在数字仪表中常用的二进制或二—十进制数码其本身是线性递增或递减的。

常规数字仪表进行非线性补偿，主要有两方面的工作：

1、根据已知的传感器非线性特性求得所需要的线性化器的非线性特性。

2、根据思索求得的线性化器的分线性特性，采用非线性补偿电路来实现非线性补偿，而对非线性曲线的处理一般都采用折线逼近法。

1.4

信号的标准化及标度变换

由检测元件或传感器送来的信号的标准化或标度变换是数字信号处理的一项重要任务，也是数字显示仪表设计中必须解决的基本问题。一般情况下，由于被测量和显示的过程参数多种多样，因而仪表输入信号的类型、性质千差万别。即使是同一种参数或物理量，由于检测元件和装置不同，输入信号的性质、电平的高低等也不相同。

1.5

HM20压力传感器

压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。

1954年C.S.史密斯详细研究了硅的压阻效应，从此开始用硅制造压力传感器。早期的硅压力传感器是半导体应变计式的。后来在

N型硅片上定域扩散P型杂质形成电阻条，并接成电桥,制成芯片。此芯片仍需粘贴在弹性元件上才能敏感压力的变化。采用这种芯片作为敏感元件的传感器称为扩散型压力传感器。这两种传感器都同样采用粘片结构，因而存在滞后和蠕变大、固有频率低、不适于动态测量以及难于小型化和集成化、精度不高等缺点。70年代以来制成了周边固定支撑的电阻和硅膜片的一体化硅杯式扩散型压力传感器。它不仅克服了粘片结构的固有缺陷，而且能将电阻条、补偿电路和信号调整电路集成在一块硅片上，甚至将微型处理器与传感器集成在一起，制成智能传感器。这里主要介绍HM20压力传感器。

HM20通用压力传感器为专有技术生产，采用进口硅敏感元件和规一化设计的电路与装配工艺保证了产品的先进性、实用性和质量稳定性。此标准产品可广泛用于各种场所，在保证数量和应用的前提下，设计组可根据客户的具体要求重新设计或改进，满足应用中的特殊要求。

产品特点

◇

性能价格比高，为OEM客户专门设计、生产

◇

德国进口的硅敏感元件具有卓越的抗腐蚀、抗冲击、和过载、抗震动、抗磨损性能

◇

工作温度范围宽、测量综合精度高、长期稳定性好

◇

规一化设计与生产保证了产品的先进性、实用性和质量稳定性

◇

量程范围宽：从真空到100MPa，并具有正负表压量程

性能参数

◇测量范围

-100KPa~0~5KPa.100MPa

◇过载能力

2倍满量程压力(其中100MPa的产品过压为1.1倍满量程压力)

◇压力类型

表压或绝压

◇测量介质

与316不锈钢兼容的气体或液体

第2章

数显仪表的制作

2.1

ICL7107双积分A/D转换器

ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器，属于CMoS大规模集成电路，它的最大显示值为士1999，最小分辨率为100uV，转换精度为0.05士1个字。它的作用是把输入电压信号变成数字输出，并驱动显示器。能直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用士5V两组电源供电，并将第21脚的GND接第30脚的IN

。在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压VREF

。其内部结构包含模拟数字两大部分。模拟部分包括积器、模拟开关、过零比较器等电路。数字部分包括时钟脉冲发生器、计数器、分频器、译码器、控制器、相位驱动器等电路。

ICL7107还有以下特点：

①能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。

②输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。

③整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和LED共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。

④噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。

⑤芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。

⑥不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+.

ICL7107引脚如图所示。

图2-1

ICL7107引脚图

2.2

LED显示器

数码显示是用来显示数字、文字或符号的器件，现在以有多种不同类型的产品，广泛应用于多种数字设备中。

发光二极管是采用半导体材料制成的，能将电信号转化成光信号的结型电压发光器件。它的特点是：

1、低电压、小电流的条件下工作，即可获得足够高的亮度。

2、发光响应素的快，高频特性好，能显示脉冲信息，单色性好，寿命长。若加以必要的限流措施，就可以长期使用。

3、小型、防震、抗冲击性能好。

4、使用灵活，可根据需要制成各种数码管、符号管、电平显示器等。

5、与数字集成电路匹配。

将条状发光二极管按照共阳极或共阴极的方式连接，并组成“8”字型发光二极管，另一极做笔画电极，就构成了LED显示器。只要按规定使某些笔画饿发光二极管发光，就能组成0～9的一系列数字。

dp

a

b

f

e

c

g

d

6

7

8

9

10

5

4

3

2

1

(-)

+

+

(-)

g

f

a

b

dp

c

d

e

g

f

a

b

dp

c

d

e

图2-2（a）管脚排列

（b）BS342(共阳极)

（c）BS341（共阴极）

2.3

主要集成块、三极管

除了上述主要集成芯片之外还需要MC1403、ICL7650。

MC1403是高精度低温度漂移的基准电路。采用MC1403可获得精密的电压基准。

输出电压误差：

输出电压温度系数：

输出电流：

输出电压范围：

ICL7650是高精度CMOS运转，它具有极低的输入失调电压及漂移；很低的输入偏置电流；极高的开环电压增益、共模抑制比和电源电压抑制比。

第3章

数显仪表的安装

对于数字显示仪表的安装这一部分，只需要照着电路图将各个部件在面包板上连接起来就可以了。

3.1

测量电阻

将蓄电池装入万用表，利用万用表测量各个电阻阻值，黑线接“COM”，红线接V/Ω，然后两根线另一端接电阻两端，如果万用表显示为“1”，说明量程不够，需要在万用表上调节测量的量程，直到测出电阻阻值。并且记下各个电阻的阻值。

3.2

测量电容

类似于测量电阻的方法，把各个电容的大小测出来。并且记下电容容量。

3.3

数字式压力数显表头的安装

根据绘制的接线图，首先在面包板上把7107和四个数码管的位置确定好，为了便于显示，一般要把四个数码管放在上方。然后以接线方便为原则，确定7107的位置。同时要考虑“+电源”、“-电源”、“地”线的接法。其它芯片、电阻、电容、电位器等围绕7107就近安排位置。当无错误后，进行实际插接阶段。

插接导线时要注意保证导线的牢固、整齐、美观。要使用“扒批钳子”、“斜口钳子”和“镊子”等工具。保证插接牢固。同时掌握以上工具的使用方法。

经检查后，才可通电调试。

由于数显部分要使用±6V的电源，这里采用两个三端集成稳压器。

电源电路的器件包括电源变压器、整流桥、集成稳压器及电容。

整个电路安装在一块印刷线路板上，安装时要使用电铬铁。为了使用该电源的安全性、可靠性。因此在设计时要考虑线路布置合理，强电与弱电之间要留有相当的距离。同时注意220V电源线的引入方向、安全，防止电路短路，输出±6V电源要有“接线端子”。

电源的安装首先要根据电原理图绘制印刷电路板的接线图，经老师检查无误后，才能进行实际焊接，焊接过程中要掌握电铬铁的使用，使焊点大小均匀、光亮、无虑焊。

1

2

D4

D1

CW78XX

C

3

1

D3

D2

UI

~220V

3

2

CW79XX

图3-1正、负输出电压电路

3.4

连接电路

按照数显压力表原理图在面包板上连接各个部件。

图3-2

总电路图

第4章

结论与体会

通过对数字显示仪表的课程设计，我自己获得了很大的收获，同时也感觉到了自身的种种不足。在设计的前期，一我直找不到方法如何下手。后来通过在网上查阅相关的资料，并且仔细研究老师所给的PPT，二者加以结合，再组织整理，终于有了头绪，这让我懂得了完事开头难，也让我懂得了想要做好一件事情是不容易的，想要做好一件事情，不仅仅需要的是理论知识，而且还需要有敏捷的思维和冷静的头脑，并且要自己亲身去实践，只有通过实践，才会了解自身有哪些不足的地方，并引以为戒。这样才不会被困难所迷惑住，这样才能突破困难将理论联系实际，做出自己想要的作品。

做课程设计时，要考虑到它的各个方面，需要什么样的元件，如何设置其具体参数，如何连接电路，等等都是需要考虑到的。本次课程设计的要求相当综合，不仅需要单方面的知识，而且还需要多方面的结合，既锻炼了我们实际的动手操作能力，还让我们懂得了学习知识不仅要学懂，而且要学以致用。对于设计者是一次良好的体验经历。

总之，通过这次课程设计，我亲身的去查询所需的各个元件以及各项指标，熟悉了常用的元件，并且了解了设计的整个流程，设计的过程中，我遇到了很多困难，在同学的讨论以及老师的指点下，终于把问题一一解决了。这不仅仅使我对自身有了明显的认识。而且还提高了我思考问题解决问题的能力，充分利用了剖析问题的全面性和运用知识的灵活性，让我懂得了学习学到的是知识，设计学到的是思想。使我自身的修养有了很大一部分的提升。

参考文献

[1]沙占友.数字化测量技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]彭介华.电子技术课程设计指导[J].北京：高等教育出版社，1997.

[3]孙梅生.电子技术基础课程设计[J].北京：高等教育出版社，1996.

[4]周泽存.刘馨媛.检测技术[M].北京：机械工业出版社，1995.

[5]常健生.模电检测与转换技术[M].北京：工业大学出版社，2002.

[6]张志义.电子工艺实训基础[M].北京：化学工业出版社，2007.

东北石油大学课程设计成绩评价表

课程名称

数字显示仪表课程设计

题目名称

数字压力显示仪表的制作

学生姓名

刘

洋

学号

110601140614

指导教师姓名

刘玉敏

董长义

职称

讲师

高工

序号

评价项目

指

标

满分

评分

1

工作量、工作态度和出勤率

按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。

20

2

课程设计质量

课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。

45

3

创新

工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。

5

4

答辩

能正确回答指导教师所提出的问题。

30

总分

评语：

指导教师：*年*月*日

篇3：数字显示继电器设计报告 (2)

数字显示继电器设计报告 (2) 本文关键词：继电器，数字，报告，显示，设计

数字显示继电器设计报告 (2) 本文简介：编号课题名称数显时间继电器2008年3月目录第一章概述…………………………………………………(3)第一节设计目的与技术要求………………………………(3)第二节框图与电路介绍……………………………………(3)第三节集成电路元件块介绍………………………………(4)第二章单元电路介绍……………………………

数字显示继电器设计报告 (2) 本文内容：

编号

课题名称

数显时间继电器

2008

年3月

目

录

第一章

概述…………………………………………………(

3

)

第一节

设计目的与技术要求………………………………(

3

)

第二节

框图与电路介绍……………………………………(

3

)

第三节

集成电路元件块介绍………………………………(

4

)

第二章

单元电路介绍………………………………………(

11

)

第一节

电源部分……………………………………………(

11

)

第二节

脉冲发生部分………………………………………(

12

)

第三节

时间设定部分………………………………………(

13

)

第四节

计数、译码、显示部分……………………………(

14

)

第五节

放大输出部分………………………………………(

14

)

第三章

整机电路……………………………………………(

16

)

第一节

电路原理图…………………………………………(

16

)

第二节

元件清单……………………………………………(

17

)

第三节

电路的改进…………………………………………(

18

)

第四节

总结…………………………………………………(

18

)

第五节

参考文献……………………………………………(

18

)

第一章

概述

第一节

设计目的与技术要求

一：设计目的

学会秒脉冲形成电路和数字电路的设计方法：掌握CD4518,CD4553,CD4511等常用数字电路和BCD拨码开关；可控硅的应用；了解数字显示电路的扩展应用，了解产品设计的基本思路和方法。

二：技术要求

1、

电源电压AC220V；

2、

重复定时精度要求误差小于等于0.5%，恢复时间小于等于

0.1%；

3、

定时范围0—99秒；

4、

显示部分无闪烁，稳定，清晰；

5、

输出具有两常开，两常闭，到达定时值后常开触点闭合，

常闭触点断开，输出驱动能力达AC220V/2A；

6、

电路结构简单、体积小、成本低稳定性好，可商业化生产。

第二节

框图与电路介绍

一：电路框图

二：电路介绍

根据上面的电路框图我们可以看出，本电路分为电源放大控制部分，脉冲发生部分，时间设定部分和计数部分，译码显示部分这五大块分组成。这个电路图以CD4060为核心组成一

分频的脉冲发生器，脉冲一共分为两路，一路送往CD4553（三位BCD码分时并行输出计数器），将BCD码送到CD4511（4线-七段锁存译码器/驱动去）驱动三位动态共阴数码管SM420563。还有一路是送往CD4518（双十进制同步计数器），共用两片CD4518组成一个三位数的BCD码静态计数器，计数当前数值与三位BCD码数码开关设定值相等同时，就会取出一个栓锁信号给CD4553（三位BCD码分时并行输出计数器）锁定，这时放大电路工作驱动继电器，常开触点吸合，常闭触点断开。以上所说的就是此电路工作过程。

第三节

集成电路元件块介绍

一：CD4511（4线—七段锁存译码器/驱动器）芯片的简介

1、CD4511的引脚及功能介绍

(1)、CD4511的引脚

CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚图如3-2所示。

各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示

a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。

(2)、功能介绍

BI：4脚是消隐输入控制端，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（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0

时，译码输出全为1，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：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

2、CD4511的工作原理

(1)、CD4511的工作真值表

输

入

输

出

LE

BI

LI

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

显示

X

X

0

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

8

X

0

1

X

X

X

X

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

2

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

3

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

4

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

5

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

6

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

7

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

8

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

9

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

消隐

1

1

1

X

X

X

X

锁

存

锁存

（2）、锁存功能：译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。

当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。如图3-3

（3）译码功能：CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数

据B、C进行组合，得出、、、四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。

（4）消隐功能：BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路如图3-4所示。

消隐输出J的电平为

：J=

=（C+B）D+BI

如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D，据上式，当输入BCD代码从1010---1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。

(5)、8421

BCD

码对应的显示见下图

：

（6）、选用共阴极数码管，对于

CD4511

，它与数码管的基本连接方式如下图

：

二：CD4060（14位二进制串行计数器）芯片的简介

⑴、CD4060的结构

⑵、各个引脚的功能

7、5、4、6、14、13和15脚分别代表Q4～Q10，1、2、3脚分别代表Q12～Q14，它们都是计数器的输出端。

3脚代表Q14，是代表第14级计数器的反相输出端。

9脚为振荡输出端。

10脚为振荡输入端。

11脚为振荡反馈、控制输入。

12脚复位端，“1”有效。

8脚VSS代表接地。

16脚VDD代表接电源。

⑶、CD4060的工作原理

CD4060是又一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或者晶振电路。CR为高电平时，计数器清零并且振荡器使用无效。所有计数器位均有主从触发器。在CP1的非（和CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线行使用施密特触发器对时钟上升和下降的时间无限制。

(4)、CD4060的真值表

三：CD4518（双二～十进制加计数器）芯片的简介

⑴CD4518的结构

⑵各个引脚的功能

1脚和9脚分别代表1CP和2CP是时钟的输入端。

7脚和15脚分别代表1CR和2CR是清除复位端。

2脚和10脚分别代表1EN和2EN是计数允许控制端。

3脚～6脚分别代表1Q0～1Q3是计数器的输出端。

11脚～14脚分别代表2Q0～2Q3是计数器的输出端。

8脚VSS代表接地，16脚VDD代表接电源。

⑶工作原理

CD4518为BCD加法计数器，由两个相同的同步4级计数器构成，计数器级为D触发器，具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或者下降沿加计数。在单个单元运算中，EN输入保持高电平，并且在CP上升沿进位，CR线为高电平，计数器清零。

计数器在脉冲模式下可级联，通过将Q3连接至下一计数器的EN输入端可实现级联，同时后者的CP输入保持低电平。

如果要用时钟的上升沿触发计数，则信号又CP端输入，并EN端接高电平，如果要用时钟下降沿触发器计数，则信号又EN输入，并使CP端保持为低电平。Q1～Q4是4位二进制输出端，Q1是最底位Q4是最高位，CR是清零端，当在CR端加高电平式正脉冲。

做加计数时Q1～Q4以状态0000到1001（十进制0～9）变化并循环，显然，又1001变为0000时Q4又高变低；产生一个下降沿脉冲，所以Q4可作多级计数器级联时上一级输出，因为是下降沿效，所以Q4应与高计数器的EN端相连。

(4)、CD4518真值表

四：4553（三为BCD码分时并行输出计数器）芯片的简介

⑴、CD4553的结构

(2)、各个引脚的功能

12脚代表CL是时钟的输入端。CD4553内部设置了整形电路，对输入时种计数脉冲的边沿无要求。

11脚代表Dis是时钟输入控制端。当Dis=0时，允许时钟脉冲输入，当Dis=1时，禁止时钟脉冲输入。

10脚代表LE锁存控制端。LE=0时，将BCD计数器输出的计数结果进行传送，当LE=1时将接口进行锁存。

9脚和7—5脚代表Q1到Q4是BCD码输出端。

2脚，1脚和15脚分别代表DS1非，DS2非，DS3非是数据选择输出端，即作为分时输出同步控制信号端，从而形成动态显示方式，低电平有效。即当DS1非、DS2非、DS3非只有一个低电平时，通过多路转换器，Q1到Q4分别输出个位计数器，十位计数器，百位计数器的计数值。在任一时刻，DS1非、DS2非、DS3非只有一个低电平，并作周期循环，形成一个三位时序信号。

4脚和3脚分别代表C1a和C1b是外接定时电容，作为芯片内部扫描振荡器的内部时钟。在使用内部时钟时，C的值一般可取1000pf。

13脚是MR是复位端，当MR=1时扫描振荡被禁止，DS1非—DS3非均输出高电平，使得显示器消隐，同时三组BCD计数器全部清零。

14脚代表0.f

是数据溢出端，当三位BCD计数器的计数由“999”至“000”时，即输入第1000个计数脉冲时，0.f端输出一正脉冲，可为CD4553多级级联带来方便。

8脚代表VSS接地，16脚代表VDD接电源。

(3)、CD4553工作原理

CD4553是含三位数字计数器、锁存器、多路复位器等电路的多功能记数芯片。记数脉冲输入4553的12脚，3、4脚产生1KMz扫描信号，经多路复合器后，从2、1、15脚分别输出与个位、十位、百位相对应的时序负脉冲。如Q3Q2Q1Q0端送出个位数据时，为低电平，送出十位数据时，为低电平，送出百位数据时，为低电平。由于数据是按时序交替输出的且变化速度快，达到每秒25桢，人的眼睛无法感觉到其变化。输出个位数据时，4511对其译码后输出七段（a～g）驱动信号加到数码管上，此时4553只有=0，VT3饱和时导通数码管LDN1的公共端COM1经VT3的ec接地而显示出这个数字，同理4553输出十位、百位数据时，分别由数码管LDN1，LDN2，LDN3显示出来。

(4)、CD4553的工作真值表

输入

输出

R

CP

Dis

LE

0

↑

0

0

不变

0

↓

0

0

进位

0

×

1

×

不变

0

1

↑

0

进位

0

1

↓

0

不变

0

0

×

×

不变

0

×

×

↑

锁存

0

×

×

1

锁存

1

×

×

0

Q=0

五：7809三端稳压器的简介

⑴CW7809的结构

⑵CW7809的简介

集成稳压器有多种类型。按稳压原理不同，可分为串联调整式、并联调整式、开关调整式；按引出端数不同，可分三端集成稳压器和多端稳压器；按封装形式不同，可分金属装和塑料装。此次所选为固定式三端稳压器。

LM7809内部就是一个串联型晶体管稳压电路，除了基准、取样、比较放大和调整外，还有较完整的保护电路。稳压器只有输入端1脚，输出端2脚，公共端3脚，三个引出端。次产品是正电压输出。电容C12200uF为输入端的滤波电容，电容C2

0.33uF用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，同时又能滤除高频杂波。为了保证稳压器正常工作，输入与输出电压之间至少相差2～3V。稳压器最大输入电压一般不能超过40V。

第二章

单元电路介绍

第一节

电源部分

一：电源部分

输出电源220V，经变压器得17～18V电压，通过V1～V4整流，经C1滤波，得到较稳定电压。后接三端稳压器LM7809，其1脚为输入端，2脚为接地端，3脚为电压输出端，输出正9V电压，提供所有芯片电源。电容C2作用为消除电感效应，防止自激振荡。

二：电路图

三：电路分析

在电源、放大控制电路原理图中红线框内为电源部分电路，电源220V交流电经过T1变压，降压后，由T1次级输出15V～17V的交流电压，经过V1～V4整流后再经电容C1滤波，测得C1和整流二极管之间的电压为20V，再输入到7809的1脚，由3脚输出，测得3脚和C2之间的电压为9V电容C2是用以抵消输入端的电感效应，防止产生自激振荡。

电源这块因为经整流滤波后的直流电压虽已变得比较平滑，但不能确保它是稳定，当电网波动或负载电流变化时，就会引起输出电压的变动。为了保证输出电压的稳定，通常在整流电路之后再加上稳压电路。

在我们所用的直留稳压电源中，通常它是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成的。

⑴电源变压器：将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。

⑵整流电路：将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3。它包含直流成分和许多谐波分量。

⑶滤波电路：滤波脉冲电压u3中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。该电压往往随电网电压和负载电流的变化而变化。

⑷稳压电路：它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。

第二节

脉冲发生部分

一、等效电路

⒉脉冲部分分析

电路由14位二禁止串行计数器/分频器和振荡器CD4060构成。电路中利用CD4060组成两部分电路，一部分是14分频器，其最高分频为16394；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768HZ的振荡器。

原来我们在设计电路中经常用555振荡产生秒脉冲，在这里就不能使用555振荡器，因为普通的555振荡电路产生的脉冲用于短时间定时是看不出时间误差的，由于本电路做的定时范围是0—999秒，精度要求不大于0.5%，恢复时间不大于0.1%，对脉冲产生的要求较高，所以不宜于用555振荡电路产生脉冲而是采用集成CD4060产生脉冲。根据电路可以CD4060的10、11脚内部电路中的反相器组成的一个晶体振荡器。R2是偏置电阻，为反相器提供工作电压，与200pf的电容和晶振组成JK型反馈网络。如果把其中的一个电容器换成可变电容，可以使振荡频率得到准确的调节。我们这里采用的是固定电容，对设计电路的要求来说是可以达到的。晶体振荡器频率为32768HZ的脉冲信号经过14级2分频（2Hz），所以在第3脚Q14段输出的便是2HZ的脉冲信号。本电路中的CD4060的复位采用的是上电复位，电容C3为上电复位电容，当C3充电时，电容相当与断路，12脚上的压降很高，CD4060复位当C3充电完毕时，电容相当与短路，12脚上的压降很小，不能复位。

在CD4060秒脉冲电路中晶体振荡器起着非常关键的作用，没有这电路将不能正常工作，根本就没有脉冲产生。振荡器是以调谐放大器为基础再加反馈网络构成的，它和放大器一样也是一种能量转换装置，但和放大器不同的是，放大器与输入信号才有输出信号，而振荡器无需外加信号，就能自动产生一定频率、一定振幅和一定波形的交流信号。如果振荡器产生的交流信号是正弦波，则称正弦振荡器。它广泛应用于多种电子设备，如无线电发射器中的载波信号源，超外差收音机中的本振信号源，数字系统中的时钟信号源，微波炉中的高频振荡源等，在振荡器中，尽管采取了多种稳频措施，其频率稳定度也只能达到较少的数量级，如果要求更高的频率稳定度，就必须采用石英晶体振荡器。

第三节

时间设定

一、等效电路

二、时间设定部分分析

时间设定部分由两片CD4518构成计数部分，有三个BCD码开关对时间进行设定。CD4518的计数信号是由脉冲发生部分输出的2HZ信号，信号输入第一个CD4518的1脚1CP端，经过1Q0端再次分频为1HZ信号从3脚输出，一路供给计数、译码电路，另一路接自身2EN端10脚，开始计数。2Q4端为二进制BCD码计数器的高位Q4端，在十进制计数中只有8、9，即Q4、Q3、Q2、Q1、为0000，Q4刚好发生翻转为低电平，送入另一个CD4518的第一位1EN也就是十位，十位开始计数，这也正好是“个”位的进位脉冲信号。当十位计数达到9时，也同上述一样，从1Q3打6脚输出一个低电平，给第二位一个脉冲信号，使得百位开始计数。CD4518的7、15脚为复位端，接R1的上电复位信号。三为BCD拨码开关的8、4、2、1脚接CD4518的Q4～Q1脚，因为二极管的单向导电性，计数器的计数信号不能反串到拨码开关，而BCD拔码开关的设定信号可以传到计数器，使E7处电位降低，所以当计数的数值达到设定值时，12个二极管全部截止，在R7电阻这里产生一个高电平信号来驱动放大电路的三极管9013。如果计数的数值与设定值不同时，12个二极管至少有一个会道统，R7处就不会有高电平产生，从而也就驱动不了9013。本电路中的计数信号没有接到CP端，而接到EN端，是因为CP端为高电平有效，在脉冲的上升沿触发，EN端为低电平有效，在脉冲的下降沿触发，这样计数与显示是同步的。

第四节

计数，译码和显示部分

一、等效电路

⒉计数，译码和显示部分分析

此电路由CD4553计数，CD4511译码驱动及LED显示等三路组成三极管反相放大去选通三位LED显示器的共阴极。再经过Q0～Q3端输出8421码，送到CD4511译码驱动器的A～D端输入端，经过译码转变成七段译码驱动信号，由Ya～Yg端输出，送入3位LED显示器的a～g端，使LED数码显示器显示出锁计的数值。LE端10脚栓锁信号从V7阴极电阻上取来，当三极管放大饱和时，LE为高电位，计数器锁定显示器所显示的设定值。MR端13脚从电阻R1上引来的上电复位信号，使计数器复位。

第五节

放大输出电路

一、等效电路

二、电路分析

此等效电路块有两部分组成，在红线框内的为电源部分电路，红线框外的为驱动放大电路。由于前面已经介绍过了电源部分，这里只对放大驱动电路介绍：放大驱动电路的信号是从R7电阻上取样来的，此信号送入V6（9013）三极管基极，当数值达到导通电压时，V6进入饱和状态，从发射极电阻R2取出电信号来驱动可控硅V7、V8导通，V7导通后驱动继电器K动作，常开闭合，常闭断开，接通外部电路。由于继电显感性，为电能元件，所以在V7动作频率高的情况下，为了缩短继电器K的恢复时间，加一个续流二极管V5，让继电器K失电瞬间对V5快速放电，电路正常工作时V5上加的是反向电压，V5截止。还有将继电器放在稳压电源7809前面，是为了减小稳压电源7809的负载。V8导通从阴极电阻R4上取得高电平送到计数器CD4553的10脚LE端进行锁存，使显示器显示停止在设置数值上。

可控硅不仅具有硅整流器的特性，还能以小功率信号去控制大功率系统，可作为强电和弱电的接口，高效的完成对电能的变换和控制。它主要应用于，可空整流、逆变电源、交流调压、斩波器和无触点开关这几个方面。本电路中可控硅做无触点开关用。

第四章

整

机

电

路

第一节

电路原理图

第二节

元件清单

序号

代号

名称

型号规格

数量

备注

1

R1

电阻

3M

1

2

R2

电阻

2M

1

3

R9～R9，R13

电阻

680Ω

8

4

R10～R12

电阻

10K

3

5

R14

电阻

200K

1

6

R15、R17

电阻

100K

2

7

R16、R18

电阻

20K

2

8

C1

电容

2200uf

1

9

C2

电容

100

uf

1

10

C3

电容

103

1

元片

11

C4、C5

电容

201

2

元片

12

C6

电容

100pf

1

元片

13

V1～V5

二极管

1N4007

5

14

V6

三极管

9013

1

NPN

15

V7、V8

晶闸管

MCR100-6

2

16

V9～V11

三极管

9012

3

PNP

17

V12～V23

二极管

1N4148

12

18

IC16

底座

16脚

5

19

K

继电器

JRF4078

1

20

IC1、IC2

计数器

CD4518

2

21

IC3

计数器、锁存多路复合器

CD4553

1

22

IC4

译码器

CD4511

1

23

IC5

14分频器

CD4060

1

24

IC6

三端稳压器

CW7809

1

25

X

晶振

32768HZ

1

26

SB

按钮开关

常闭

1

27

SK1～SK3

拨码开关

3

28

LED

显示器

SM420563

1

共阴极

第三节

电路的改进

一、电路的改进

本课题是要求对1000以内的数有锁存功能。而在有些场合则不需要锁存功能，它需要不停地循环计数。在此我只需在本课题的基础上略加改动就能实现。既然不需要锁存，可以把10脚接地。发现CD4553的14脚为数据溢出端O.F，输出的是正脉冲。只须将14脚通过一个二极管接到13脚即可。当计数第1000个脉冲时，进位输出O.F产生正脉冲加到13脚复位端，使CD4553复位，进入下一个计数周期。

第四节

总结

通过这个课题的设计让我对数字电路进一步的了解，并使知识有了扩展。更重要的是能将这些知识融会贯通，并在实践中进一步对所学的知识进行论证。

学院通过课题设计让我们对以前所学的理论知识得到验证的机会，更重要的是锻炼一个人独立思考、独立操作、独立完成的能力，也学到了对待一个新事物应该怎一步一步的化解，把它化整为零，再运用所学的知识解决它。也启发了我的创造能力，告诉我不要拘于在先成，要创新，使所研究的东西越发完善，功能越发齐全，并不断的提出自己更为先进的构思来给大家研究。

在本课程设计学习当中，我掌握了常用电子元器件选择方法和设计计算过程，模拟电路和数字电路的综合运用，提高了自己的独立完成设计方案、产品调试。能正确运用Protel99绘制电路原理图。

在设计过程中，我学习到数字电路奥妙，而且能通过数码管显示出确切计时的数字以及秒脉冲的产生过程、设定时间与计时时间之间是怎样比较的、栓锁功能是怎样实现的、译码驱动的实现。特别对驱动有了更多的了解。在译码驱动部分我们选用4511，它是将BCD(二－十进制码)译成七段码（a-g），驱动三位共阴极LED数码管，在电路板的制作过程中我和我的组员们都遇到了一些故障，但我相信在我们排除这些故障的同时也积累了一些排除故障的经验。

由于本人知识有限课题中有很多不足和欠缺，甚至会有一些错误的地方，希望老师和同学提出宝贵的意见和建议。

第五节

参考文献

1、《电子电路基础》

邵展图主编

中国劳动社会保障出版社

2、《常用电子元件简明手册》

沈任元

吴勇主编

机械工业出版社

3、《电子电力学》

南京大学出版

4、《家用与民用电路》

中国计量出版社