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计时仪学士学位论文
毕业设计论文
计时仪
指导老师姓名：
专业名称：
电子信息技术/商务英语
班级学号：
论文提交日期：
论文答辩日期：
【摘要】：
在数字电路中，计数器属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。
计数器不仅仅用来记录脉冲的个数，还大量用作分频、程序控制及逻辑控制等，在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。
该四位计时器的精度可以达到0.01s，利用数字集成电路精确地计时，为产品生产提供了很好的帮助。
该计时仪主要采用数字集成电路来实现以上功能，设有四位数码管，利用CD4511和CD4518进行计数和显示，体现了电路简单、稳定可靠、价廉、控制时间精确及系统体积小等优点。
计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用LED数码显示，简单直观，可适用于诸多行业，以满足现代生产、生活方式的需求。
【关键字】:
计时仪CD4511CD4518
【ABSTRACT】:
Digitaltimeismainlyusedfortherapidindustrialmachineryoperatingtime,particularlyfortheoperationofsophisticatedmachinerytime.Thefour0.01stimeraccuracycanbeachievedusingprecisiondigitalintegratedcircuitstotimetohelpprovideagoodproduction.Thetimeismainlyusedtoachievethefunctionofdigitalintegratedcircuits,digitalcontrolwithfourCD4511andCD4518countanduse,alsohavecontrolcircuit.Userscanrealizetheneedtocountertheneedtocontrolreflectsasimplecircuit,reliableandcheap.Thesmallsizeandprecisiontimecontrolsystemsandsoon.
【KEYWORDS】:
CounterCD4511CD4518
目录
绪论
第1章设计任务和要求
1．1基本任务和要求
1．2功能部分
第2章计时仪原理
2．2计时仪简介
2．3计数仪的设计、原理分析
2．3.1电源部分
2．3.2秒产生电路
2．3.3控制电路
2．3.4计数部分
2．3.5显示部分
第3章原器件的选择
第4章硬件调试
经验总结
致谢
参考文献
附录一整体电路原理图
绪论
在数字电路中，用来记录输入CP脉冲个数的电路称为计数器，计数器属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。
计数器不仅仅用来记录脉冲的个数，还大量用作分频、记时、定时、数字测试、运算和控制等电路，在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用，成为任何现代数字系统中不可缺少的组成部分。
该四位计时器的精度可以达到0.01s，利用数字集成电路精确地计时，为产品生产提供了很好的帮助。
计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用LED数码显示，简单直观，可适用于诸多行业，以满足现代生产、生活方式的需求。
计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用LED数码显示，简单直观，可适用于诸多行业，以满足现代生产、生活方式的需求。
该计时仪主要采用数字集成电路来实现以上功能，设有四位数码管，利用CD4511和CD4518进行计数和显示，还设有控制电路，用户可以根据需要用以控制计数器来实现需要，体现了电路简单、稳定可靠、价廉、控制时间精确及系统体积小等优点。
第1章设计任务和要求
1．1基本任务和要求
1）任务：
用数字电路设计一个数字计时仪
2）基本要求：
☆1时钟能够显示秒\毫秒\微妙,精度0.01S
☆2电路具有可调时功能
1．2功能部分
1）时间能够显示时
2）提高时钟准确
第2章计时仪原理
2．1计时仪简介
数字计时仪主要用于工业机器运转中的快速计时,尤其用于精密机器运转的计时。
该四位计时器的精度可以达到0.01s，利用数字集成电路精确地计时，为产品生产提供了很好的帮助。
该计时仪主要采用数字集成电路来实现以上功能，设有四位数码管，利用CD4511和CD4518进行计数和显示，还设有控制电路，用户可以根据需要用以控制计数器来实现需要，体现了电路简单、稳定可靠、价廉、控制时间精确及系统体积小等优点。
2．2计数仪的设计、原理分析
电路设计原理分析：
计时仪以其显示时间的直观性、走时准确性而受到了人们的欢迎并很快走进了工业。
作为一种计时工具，计时仪的基本组成部分离不开计数器，在控制逻辑电路的控制下完成预定的各项功能。
所以电路分成两个部分进行设计:
1.硬件部分:
CD4511CD4518CD4513CD40106100K晶振2000UF-16V电容9V-5W变压器
2.原理部分:
电路简单易懂,原理清晰,设计排版整齐.
原理框图如下：
AC220V
DC5v
100KHZ
100HZ
清零、复位、保持
图2.1
2．3.1电源部分
因为考虑到4518、4513等芯片的基本供电电源为5V，所以电源220V交流经过变压器之后，然后经过二极管桥式整流，2000UF大电容滤波后采用三端固定稳压器7805进行供电。
具体电路流程图如下：
AC220V9V2000uFDC5VDC5V
图2.2
在设计电路的时候，考虑到三端固定稳压器7805的电源的输入输出特性，所以变压器应该在8V-9V之间，故计时电路采用的变压器为9V9W变压器。
经过以下桥式整流电路：
图2.3桥式整流电路和波形图
再经过9V2000UF的电容滤波电路：
图2.4滤波电路
电容滤波器是利用电容充电和放电来使脉动的直流电变成平稳的直流电，最后送给三端固定稳压器，输出直流5V电流。
滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用，如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。
50Hz工频电路中使用的普通电解电容器，其脉动电压频率仅为100Hz，充放电时间是毫秒数量级。
为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万μF，因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗
角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。
而开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率高达数十kHz，甚至是数十MHz，这时电容量并不是其主要指标，衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性，要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。
三端固定稳压器CW三端固定稳压器78××为固定式三端稳压器，它只能输出一个稳定电压。
固定式三端稳压器的常见产品如图1.1所示。
图2.5CW78××、CW79××系列稳压器
CW78××系列稳压器输出固定的正电压，7805输出为＋5V。
图2.6CW78╳╳典型应用电路
2．3.2秒产生电路
在电路中，各级CD4518的R、CP端并接在一起，采用下跳沿计数，低位计数器的Q3端接高位计数器的CP端，这样，脉冲信号源产生的100.00KHZ信号每次1/2CD4518被十分频一次，经过3次十分频后，形成了秒脉冲信号。
电路中，CD40106B由6个施密特触发器电路构成。
每个电路的功能是作为一个带施密特触发器输入的反向器使用。
当正极性或负极性信号输入时，触发器在不同的点翻转。
正极性（VP）和负极刑（VN）电压的不同之处由迟滞电压（VH）确定。
CD451810KCD45181KHZCD4518100CD4518
CPQ3CPQ3CPQ3CPQ3
RCPRCPRCPRCP
图2.6
2．3.3控制电路
计时的开始、中断、停止、复位都需要进行控制，所以控制电路应该具有以上功能。
对其状态的控制，并不改变它的频率大小，所以我们可以通过4013这个D型触发器和4081门电路来实现以上功能。
实际的2输入与门电路（如CC4081）由2个非门和1个或非门组成。
图2.74013管脚图图2.84013功能表
2．3.4计数电路（4518）
CD4518是二/十进制同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}。
该计数器分是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚～6脚；{11}脚～{14}脚）。
此外还必须掌握其控制功能，否则无法工作。
手册中给有控制功能的真值（又称功能表），即集成块的使用条件，如表2所示。
从表中看出，CD4518有两个时钟输入端CP和EN，若用时钟上升沿触发，信号由CP输入，此时EN端应接高电平“1”，若用时钟下降沿触发，信号由EN端输入，此时CP端应接低电平“0”，不仅如此，清零（又称复位）端Cr也应保持低电平“0”，只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态，若不满足则IC不工作。
计数时，其电路的输入输出状态如表3所示。
值得注意，因表3输出是二/十进制的BCD码，所以输入端的记数脉冲到第十个时，电路自动复位
0000状态。
从波形图中可以看出，Q4端的输出频率为原来脉冲的0.1倍，所以利用Q4脚的输出特性可以对100MHZ的晶振进行分频来达到我们电路所需要的100HZ。
图2.94518管脚图图2.104518功能图
图2.114518波形图
根据4518的的功能表，我们可以知道当有脉冲触发时，EN或者CR管脚任意为高电平，芯片则开始加计数。
具体的功能表及真值表如下：
CP
EN
CR
功能
↑
1
0
加计数
0
↓
0
加计数
X
X
1
清零（复位）Q1-Q4为0
图2.124518的功能表
输入
输出
CP或EN
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Q4
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
Q3
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
Q2
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
Q1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
图2.134518的真值表
我们还可以从真值表里得出，利用EN端下降沿触发的特点组成N位十进制计数器。
从波形分析，当输入端的计数脉冲到第10个时，电路自动复位0000状态，因为4518没有进位功能的引脚，所以应该充分利用第6或14脚输出脉冲的下降沿，利用该脉冲和EN端相连，就可以实现电路进位的功能，根据分析结果，电路设计如下：
图2.14
2．3.5显示电路（4511及数码管）
译码和数码显示电路是将数字钟的记时状态直观清晰地反映出来,被人们的视觉器官所接受。
显示器件选用LED七段数码管.在译码显示电路输出信号的驱动下,显示出清晰,直观的数字符号。
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