数字显示继电器设计报告

1、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

2、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099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

3、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。

4、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

5、=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

6、、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 LEBILIDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 0110000111111000110001011000010110010110110120110011111100130110100

7、0110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 01110110000000消隐 01111000000000消隐 01111010000000消隐 01111100000000消隐 0111111000000消隐 111XXXX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

8、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 &

9、#160;        ：（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、CD4060的结构、各个引脚的功能7、5、4、6、14、13和15脚分别代表Q4Q10，1、2、3脚分别代表Q12Q14，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。、CD4060的工作原理CD406

10、0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CD4518的结构各个引脚的功能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1Q01Q3是计数器的输出端。11脚14脚分别代表2Q0

11、2Q3是计数器的输出端。8脚VSS代表接地，16脚VDD代表接电源。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。Q1Q4是4位二进制输出端，Q1是最底位Q4

12、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Q1Q4以状态0000到1001（十进制09）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、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

13、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75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

14、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

15、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（ag）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

16、 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CW7809的结构CW7809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

17、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23V。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1718V电压，通过V1V4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

18、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15V17V的交流电压，经过V1V4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。电源变压器：将电网交流电压

19、变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。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。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。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

20、、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0999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

21、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

22、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

23、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Q4Q1脚，因为二极管的单向导电性，计数器

24、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

25、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Q0Q3端输出8421码，送到CD4511译码驱动器的AD端输入端，经过译码转变成七段译码驱动信号，由YaYg端输出，送入3位LED显示器的ag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

26、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

27、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 1R1电阻3M1 2R2电阻2M1 3R9R9，R13电阻6808 4R10R12电阻10K3 5R14电阻200K1 6R15、R17电阻100K2 7R16、R18电阻20K28C1电容2200uf1 9C2电容100 uf1 10C3电容1031元片 11C4、C5电容2012元片 12C6电容100pf1元片 13V1V5二极管1N40075 14V6三极管90131NPN 15V7、V8晶闸管MCR100-62 16V9V11三极管90123PNP 17V12V23二极管1N414812 18IC16底座16脚5 19K继电器JRF4078120IC1、IC2计数器CD4518221IC3计数器、锁存多路复合器CD4553122IC4译码器CD4511123IC514分频器CD4060124IC6三端稳压器CW7809125X晶振32768HZ126SB按钮开关