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计时仪毕业设计论文

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

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。

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。

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：

功能

↑

加计数

↓

加计数

清零（复位）Q1-Q4为0

图2.124518的功能表

输入

输出

CP或EN

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。

CD4511是BCD-锁存/七段译码/驱动器，有灯测试功能；以反相器作输出级，用以驱动LED或数码管；具有消隐输入；显示数6时，a=0,显示9时，d=0.1--B,2--C,3--LT（为灯测试输入端）,4--BI（数据输入端）,5--LE（锁存使能，锁存输入使能）,6--D,7--A,8--VSS（电源负极）（A，B，C，D为门电路的输入端）9--e,10--d,11--c,12--b,13--a,14--g,15--f,16--vdd（电源正极）（a,b,c,d,e,f,g为译码输出；显示字符端输出，连接数码管的相应脚。

图2.154511的管脚图

CD4511是一个用于驱动共阴LED显示器的BCD码—七段码译码器，其引脚路如图6.1，逻辑功能见表2，8421BCD码对应的显示见图7.1。

其功能介绍如下：

BI：

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状态，不显示数字。

LT：

当BI=1，LT=0时，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：

使能控制端，当LE=0时，允许译码输出。

DCBA：

为8421BCD码输入端。

abcdefg：

为译码输出，输出为高电平。

LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。

再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。

找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K（几百的也欧的也行）的电阻，　VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。

相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阳的了。

第3章原器件的选择

+5V电源

LCD数码管4个

CD4511芯片4个、CD4518芯片8个、40106芯片3个、4081、4013芯片各一个

100K晶振一个，7805稳压器一个

电阻、电容若干

第4章调试过程介绍

接好电源，我准备认真调试。

调试过程中，出现了数码管不亮的故障。

在指导老师的帮助下，首先我检测CD4511是否有电源5V供应，根据电路图，准备测量与该数码管相连接的CD4511之间的电路部分，用万用表*1档，在电阻R2间测量，结果显示正常，为200欧姆，通过测量结果，可以判断问题故障出在数码管。

接着，我准备检测数码管是否接地，用万用表的电阻挡*1档，两表笔分别放在CD4511的8脚和数码管的8脚，经过测量，表针不转动，显示无穷大。

可以判断该数码管没有接地。

所以进行数码管接地。

接电源再次调试，出现数码管不计数的故障，根据电路图，首先我检测CD4518是否有电源5V供应，用万用表*1档，在4个CD4518的8脚分别检测，结果显示正常，表针转动，再测CD4518是否接地，用万用表*1档，在4个CD4518的16脚分别检测，表针不转动，显示无穷大。

可以判断CD4518没有接地。

所以进行CD4518接地。

接电源再次调试，出现第1个和第3个数码管的b段不亮的故障，根据电路图，CD4511的12脚与b段相连，用万用表*1档，在电阻R2间测量，表针不转动，显示无穷大。

通过测量结果，可以判断问题故障出在连接部分，检测两处都有掉线，所以进行焊接。

接电源再次调试，显示结果为正常计时并显示。

经验总结

这次电路设计制作跟以往的制作相比，是我们在老师的指导下独立制作出来的，因此获得了很多的经验：

能设计出一个良好的设计电路，扎实的基础知识是不可缺少的，因此前期找资料积累知识看似慢，实际上恰恰给后期的制作带来很大方便，往往更是节省了许多时间。

在制作过程中，马虎不得，粗心不得，特别是电子类的设计更应该如此，一步一步来，逐个逐个调试，不可囫囵吞枣，不可贪图方便。

在调试过程中，我也出现了很多问题，问题基本都是因为不仔细，导致的一个个小错误。

在实践当中，灵活运用书本上的所讲知识，万变不离其中，只有扎实掌握了核心方法，才有可能做到灵用巧用。

致谢

通过这次毕业设计，我学会了很多，也巩固了所学的知识，在此我感谢我的知道老师，感谢她对我们孜孜不倦的教诲，她为我们放弃了很多个人的时间，甚至周末都留在学校辅导我们，徐老师为我指点迷津，精心点拨，热诚鼓励。

徐老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，对徐老师的感激之情是无法用语言表达的。

同时我也要感谢在我毕业设计阶段，乃至大学四年学习生活中帮助过我的师长和同学。

此次论文与设计的完成对我是一个巨大的激励，使我在学术研究方面充满了信心，更为我在今后的学习与生活中提供了宝贵的经验。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请再次接受我诚挚的谢意！

最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，感谢你们！

主要参考资料

网站：

中国电子资源网，

文献：

[1]《电子技术课程设计指导》湖南大学出版社

[2]《脉冲与数字电路》

[3]毕满清电子设计实验与课程设计（第三版）[M].机械工业出版社，2005

[4]郭少勇《实验电子技术》[M]，石油出版社，2004

[5]王源《使用电路基础》[M]，机械工业出版社，2003

[6]王兰君《新编电工使用电路500例》[M]，河南科学技术出版社，2005

[7]《电子报合订本》

附录1

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。

尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容

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