三位数显定时继电器

1、三位数显定时继电器系 部：电气系姓 名：董思波学 号：53指导老师：邱建瑛、戴维日 期：2010.10目录1第一章概述(2)一设计要求(2)二 各电路采用芯片介绍 (3)2第二章各单元电路的设计(5)一电源电路 (5)二脉冲形成电路 (8)三计数、译码、显示电路 (9)四计数、比较、显示电路 (11)五控制驱动电路 (11)六复位电路 (12)3第三章总原理图及工作原理(12)一总机原理图 (12)二工作原理 (12)三元件清单 (13)四 根据元件清单，采购元器件 (13)五元件的识别与检测 (13)4第四章电路安装与调试(14)一 安装工艺要求 (14)二电路装配图 (14)三 电路安装要

2、求 (14)四电路调试 (15)5第五章心得体会(15)16 )6 附录随着科学技术的进步，自动化的步伐在加快，新产品的更新也在日新月异。自动化设备也在生活中普及。因此，本次设计了三位数显定时继电器通过本次课程设计，要掌握常用电子电路设计过程和方法，并能正确安装调试， 培养自己查阅资料，独立设计调试产品的能力。一设计要求1电源电压 AC220V，直流供电电压 9V2重复定时精度要求误差 =0.5%,恢复时间0.1s3定时范围0s999s4显示部分无闪烁、稳定、清晰5输出具有两常开、两常闭，到达定时值后常开闭合、常闭断开，输出驱动能力达到AC220V/2A。6电路结构简单，体积小，成本低，稳定性

3、好，可商品化生产二电路系统框图及工作原理工作原理:电源电路为各单元电路提供 9V直流工作电压，由脉冲形成电路产生秒脉冲，分为两 路，一路提供给带有栓锁功能的计数器到译码电路到显示电路，另一路到加有设定电路的计数器到比较电路到驱动电路，驱动电路一路驱动继电器实现对外围电路的控制，一路产生栓锁信号实现所设时间的显示。三各电路所要采用芯片参数介绍?CW7809-三端固定式集成稳压器CW7809?1脚输入?脚公共端?3脚输出?CD4060-14级二-十进制串行计数器1234Q1 2VCCQ1 3Q1 0Q1 4Q8Q6Q9Q5RSTQ7CP1Q4CP0GNDCP01215?413121l109CP1非

4、-时钟脉冲输入端?CP0-时钟脉冲输出端?CP0非-反向时钟脉冲输出端?Q4-Q10及Q12-Q14计数器的输出端?RST复位端?Vcc -电源?GND-接地端?CD4553-三位BCD码分时并行计数器1_2345678 Ds2VC C Ds1DS厂C AO.F C BR ST Q3C P” Q2DisQ1LE1 GNDQ0个为低电平。?DS1非、DS2非、DS3非-数据选择输出端（在任一时刻，三个输入端只有 作周期性循环，形成三位时序信号。）?CA、CB -卜界定时电容，作为芯片内部扫描振荡器的内部时钟，在使用内部时钟定时电容时一般去1000PF。?Q0-Q3 -俞出端，计数器输出 4位84

5、21BCD码。?LE -栓锁端（当LE=0时，将BCD码计数器的数送给译码电路；当LE=1时，将数据锁存。）?Dis 寸钟脉冲控制端（当 Dis=1时，禁止脉冲输入；当Dis=0时，允许脉冲输入。）?CP 寸钟脉冲输入端?RST -复位端?O?F溢出端（当三位BCD计数器的计数由9991000,即输入第1001个脉冲时,O?F输出一个正脉冲，可为CD4553多级连接带来方便.）?VCC -电源GND -接地?CD4518 -双二-十进制加法计数器12345678CP1VCC-EN1CLR21 Q12Q41 Q22Q31 Q32Q2-1 Q42Q1 CLR1EN2 GNDCP2162?CP1、C

6、P2 -寸钟脉冲输入端?EN1非、EN2非-始能端（计数允许控制端）如果时钟脉冲的上升沿触发计数，则CP由CP1或CP2输入，且EN1非=EN2非=1 ;如果时钟脉冲的下降沿触发计数，则 CP由EN1 非或EN2非输入，且 CP1=CP2 =0。?1Q11Q4及2Q12Q4 -十数输出端（做加法计数时，Q1Q4由00001001变化循环，由10010000时，Q4由高电平变为低电平，产生一个下降沿，故Q4可做高位触发脉冲。）?CLR1、CLR2 -青零端?VCC -电源，GND -接地 %D4511 -4线7段锁存译码器162?A、B、C、D -8421BCD 码输入端?LT非-式灯输入端，当

7、LT非=0时，不论其他输入端为何状态，7段全亮即显示“ 8 ?BI非-灭灯输入端，当 BI非=0时，不论其他输入端为何状态，7段全不亮，无显示。?a、b、c、d、e、f、g -俞出端。?LE -栓锁端，当LE=0时，允许译码输出；当 LE=1时，译码器处于锁存状态。VCC -电源，GND -接地第二章各单元电路的设计一 电源电路国供电源电压为交流 220V，本次电路所需电压为直流9V，所以应采用降压、整流、滤波，稳压而产生 9V所需电压(1) 电源变压器因本电路所需供电电压 9V，故需将220V电压降压，现有变压器有两种规格，220V/8V、220V/17V，根据电路技术要求故选用220V/1

8、7V的变压器(2) 整流电路将变压器输出17V交流变换成脉动直流电，整流电路有半波整流、全波整流、桥式整 流等。 半波整流Uo = 0 45* U2输出电压低，变压器利用率低 全波整流u 0 = 0.45* u2虽然输出电压比较高，但选用的变压器必须有中性抽头，且整流二极管承受的反向电压比较高为。为此本次电路选用单项桥式整流电路。电路组成V1V4为整流二极管，RL负载 工作原理为正弦波的正半周时， Vi、V3受正向电压导通，V2、V4受反向电压截止，回路产 生iii，iii至上而下流过负载电阻，负载电阻两端产生上正下负的电压U。二u2负半周V2、V4 承受正向电压导通，Vt V3承受反向电压截

9、止，回路中产生 i12，i|2至上而下流过负载电阻，负载两端产生上正下负的电压UoU2。周而复始的产生连续的电压。整流二极管的选择1IV |c=1A2Urm 二.2u2 ： 24VIfm - Iv = 1AUrm - 24V经查手册选用4只IN4007二极管 负载上获得的直流电压为 15.3V（3）滤波电路为了将整流后脉动直流中的交流成分滤除，获得较平滑的直流电， 为此进行滤波，常用滤波电路有电容滤波，电感滤波，复式滤波，电子滤波等。 由于电容滤波结构简单、成本低，故选用电容滤波。电路组成滤波电容C与负载并联V1V2220v 17vRLV4V32-C 工作原理假设在接通电源前，电容两端电压为零

10、，当接通电源后，Vi、V3导通，电容 C两端迅速充电，同时也向负载供电，C两端电压随 U2的上升而上升，并达到U2的峰值；当下降到低于C两端电压时，Vi、V3都截止（V2、V4也截止），C通过 Ri放电，C两端电压下降缓慢，只有当下半周到来，且输入电压U2 超过C两端电压时，V2、V4 才导通，C再次充电，充至峰值电压，以后由于U2的下降而C两端的电压不可突变，因此，V2、V4截止（Vi、V3也截止）C经R1再次放电，当正半周电压到来，口2高于电容C两端电压时，电容 C继续充电，同时也向负载供电，如此周而复始。 电容的选择电容容量和耐压越大效果越好，但不可无限增加，容易产生惰性失真和负峰切割失

11、真。uc = （1.2 1.5）* U2二 Rl*C 空（3 5）*T由计算公式可 计算出 C应选择容量在2200uF/35v或470uF/35v（4）稳压电路经整流滤波以后已经得到较为平稳的电压，但受负载或电网电压的变化而变化，故应 采用稳压电路，常用稳压电路有串联型稳压电路、并联型稳压电路、晶体管串联型稳压电路、三端集成稳压电路。因为本次设计要求为固定电压9V，为了简单方便节约成本，所以采用三端稳压器CW7809。由于CW7809输入电压不可超过 40V , C2用于减小输入端电压的脉动和防止过压，C3用于消弱电路的高电平干扰，并具有消振作用，为了保证稳压器正常工作，输入与输出相差23V。

12、因此，C2 多为 0.33uF,C3 为 0.1uF终上所述电源电路为TIEC1C2U17809E=2200uf/35vD NGinU OV其原理：交流220V经过变压器降压后输出 17V的交流电，在经桥式整流电容滤波，CW7809 稳压，输出稳定的直流 9V的电压，一般为了防止工作中的信号干扰，在输出端增加电容 C4再次滤波。二脉冲形成电路本次电路需要产生秒脉冲，而常见的秒脉冲形成电路有与非门电路、带RC的与非门电路、555振荡器、晶体振荡电路。由于本次电路设计要求精度比较高，故选用晶体振荡电路 电路组成与原理采用晶振与集成芯片 CD4060组成2Hz的脉冲电路如图所示采用32768Hz的晶

13、振和CD4060内部的反相器10脚、11脚以及谐振电容、偏置电阻构成电 容三点式振荡电路，经查资料谐振电容 C 一般采用200pF偏置电阻采用2M。产生32768Hz 的频率经计数器CD4060的3脚（14级分频）输出，产生一个2Hz的脉冲信号。晶振与CD4060组成的2Hz脉冲通过计数器 CD4518的10脚输入，经2分频后11脚输出 1Hz的脉冲，即形成了秒脉冲。三 计数、译码、显示电路1显示电路显示电路有静态显示和动态显示两种，由于本次电路设计要求无闪烁、稳定、清晰，故选用动态显示动态显示分为两部分， 一部分为显示器提供段选码，另一部分为显示器提供位选码，即当译码器输出7段码提供给三位显

14、示器时，旁路也同时为显示器提供相对应位的公共端的选 择码即位选码，点亮相对应位的数码管实现相相应位的数码显示的动态显示。由于旁路选择码的输出频率比较高，肉眼无法识别，即多为同时清晰的显示在显示器上。由于数字显示电路比较多，主要有半导体发光二极管显示器、液晶显示器和荧光数码管显示器等。显示字形是由显示器的各段组合成数字09,或者其他符号。我国字形数码管标准为七段字形。又由于本次设计中的数位为 3位，为了方便因此采用三位一体数码管。又由于译码驱动芯片输出为高电位，故选用共阴极三位一体数码管 。2译码、显示电路电路由译码器 CD4511与数码管和驱动数码管的CD4553组成，见下图+9V码输出7段码

15、经限流电阻输送给数码管。同时，计数器CD4553的位选功能经限流电阻开始驱动PNP型三极管控制数码管的各位公共端的通断以点亮相对应的位，实现数码的译码、 动态显示。由于CD4511输出的都为高电平，为了能保证数码管的亮度适中，（9V-2V）/0.01A=700因为色标电阻的标称值的 680最接近，故选680欧姆，故限流电阻采用 680欧姆。经查手册 知三极管的基极电阻一般采用 1k2k,本次采用1k，三级管采用90123计数、译码、显示电路电路由计数器 CD4553、译码器CD4511、显示电路组成带位选功能的计数器 CD4553由12脚输入1Hz时钟脉冲，由9、7、6、5脚输出8421BCD

16、码，经译码电路CD4511的7、1、2、6脚输入的译码后由9、10、11、12、13、14、15脚输出7段码，经限流电阻驱动数码管，同时计数器CD4553的2、1、15脚输出位选信号经限流电阻控制 PNP型三极管的以控制数码管的相应位的通断。以实现显示。四计数、比较、设定电路电路由CD4518、拨码开关，比较电路组成。+9Vvcc1Hz输出J2116215131441351261171089CD45I88-75S1L-LLiijJ3,116.215,314,413,512,611,710,89CD4518765S2S31 3 4比较信号输出有于CD4553的触发脉冲是低电平有效，所以当1Hz时

17、钟脉冲输入到 CD4518的10脚，1脚接地，输出11、12、13、14四位8421BCD码，又以14脚的输出作为高位的触发脉冲 触发高位的计数。对输出的8421BCD码用以二极管与拨码开关手动设置的8421BCD码做比较，设定的数值输出为高位，CD4518的输出也为高位，当所设定的数值与CD4518输出的数值不等时，二级管导通，取在拨码开关公共端的比较信号为低电位，当所设定的数值与CD4518输出的数值相等时，二极管截止，取在拨码开关公共端的比较信号就为高电位。所设的限流电阻查资料知为 200k,二极管采用IN4148。五控制驱动电路电路组成主要为可控硅。U1当比较信号为高电平时，NPN型三

18、极管饱和导通，电阻R2上端获得高电平，分别经过限流电阻R1，R3去驱动可控硅的导通，当可控硅Q1触发导通后，继电器线圈得电吸合，实现控制外围电路，同时可控硅Q2触发导通，在分压电阻R4上取得栓锁信号去栓锁CD4553，以实现显示器停止在设定数目。三极管采用9013，可控硅采用100-6，电阻R1,R3采用100k; R2,R4采用10k，继电器线圈续流二极管采用IN4007六复位电路为了实现技术要求，手动按钮复位不可实现，只可使用上电复位电路，上电复位电路 有两种，即微分电路，积分电路。由于本次的集成芯片都使用的高电平复位，故采用微分电 路vcc+9v：C复位信号输出当接通电源时，电容 C充电

19、，产生电流，由于电容电压一直升高，直到两端电压等于电源 电压，电阻两端电压也随电容电压的升高而降低。由于复位信号取自电阻，所以通电的瞬间，输出高电位，当电阻两端电压下降为零时，输出信号为低电位，从而实现通电复位。充 电一般为（35） T , u0=95%,t rc实际去10 T ,通常C为103, 10 T =0.1即 R=1M第三章总原理图及工作原理一总原理图见附图1二工作原理当设定电路设定一个数字，接通电源后，经变压、整流、滤波、稳压、滤波得到的稳 定直流电9V被输送到各个电路，同时复位电路工作，对各芯片进行复位，复位完成后，脉 冲电路形成1Hz的秒脉冲被送到 CD4518和CD4553两

20、个计数器上，两个计数器同步计数， CD4553将所计的数送给译码显示电路进行译码显示；CD4518所计的数输出经过二级管与设定电路的设定数字比较，当其数值相等时，比较信号输出高电平，使驱动电路工作，驱动继电器的吸合控制外围电路，同时也控制栓锁信号的产生，送给CD4553的栓锁端，实现数字的锁存，达到显示数字与设定值相同。三元件清单序号元件名称兀件序号规格参数数量单价备注1电阻R1、R3100k22电阻R2、R410k23电阻R51M14电阻R6200K15电阻R72M16电阻R8-R1468077电阻R15-R171K38电容C1470uf/35v19电容C20.01uf110电容C30.01

21、uf111电容C410uf/35v112电容C50.01uf113电容C6、C7200pf214电容C8100pf115二极管V1V5IN4007516二极管V12V23IN41481217晶闸管V6、V8MCR100-6218三极管V79013NPN119三极管V9V119012PNP320集成芯片IC1CW7809121集成芯片IC2、IC3CD4518222集成芯片IC4CD4060123集成芯片IC5CD4553124晶振32768Hz125继电器220V/2A126数码管三位一体数码管1共阴极27芯片底座16脚428芯片底座24脚129电源插座2脚130电路板50*701四根据元件清

22、单采购元器件五元件的识别与检测使用万用表对元器件进行简单的测量与识别，例如：三极管的管脚，可控硅的管脚, 以及数码管的各脚的识别。第四章电路安装与调试工艺要求1元器件分布要均匀2连接线横平竖直，连接线的布线尽量在焊盘的一面，避免交叉，不可避免时，线可以走元器件面，且布线要紧贴板面3同类、同形元器件焊接高度相同，且排列整齐。列：(1)图所示电阻、二极管要求紧贴版面，而且电阻、二极管两引脚之间只可走两根引线，如下(2)rCJirLJJ-iY Y Y Y |有极性电容要分清正负极，管脚间可走一线，以及安装要求紧贴版面，如图所示。(3)YY |无极性电容与三极管安装时要求高度为 5mm，而且管脚之间不

23、可走线，如图所示5mm(4)芯片底座安装也应贴板。(5)焊点要求电气连接性好，清洁、无虚焊、堆焊、无尖脚，美观，如图所示二电路装配图见附图2三电路安装检查装配图是否与原理图一致，不一致则改正。根据装配图及工艺要求焊接元器件及 布线。焊接时焊点大小适中，引脚须修剪，版面应清洁。装配过程中易出现的问题：由于本次采用单面 PCB实验板，加热温度过高易产生焊盘脱落，因此，应尽量加热时间短，焊点一次成形。四 电路的调试装配完成后，要对所装配的电路板进行简单的辨别和测量后方可通电调试。1 清理板面所带有的锡渣， 仔细观察线路的连接与安装图是否一致， 不一致时， 应立即改 正2 用万用表 R x1 档去测量

24、电压变压器输入电压端是否短路，测量各集成电路的电源端与 接地端是否都与相对应的供电电路的 +9V 输出端的正极与接地端相连接， 同时测供电电路的 输出端是否短路。发现错误及时更正。经过以上辨别和测量后，把电源变压器的输出端插入电压的输入端插座，预先设定定 时器要定的时间后，接通电源变压器的电源，观察数码管是否显示三位“000”,是否开始计数，是否计数到所设定的数值时， 继电器有动作的声音产生， 同时数码管显示的数值是否停 留在所设定的数值。以上都正常，则关闭电源后再次通电，观察数码管是否又显示“000”后开始新一轮计数。以上都正常后，分别设定各位，十位，百位去计数，观察其能否出现同样的现象，若相同， 则为工作正常。若都能正常工作则该电路通电测试成功。 若不能，则须按各单元电路的功能划分去分析检修。 常见故障的分析：1 数码管无显示： 测电源电路的输出电压 +9V 是否正常， 不正常， 则电源电路有故障，