逆计时数显定时器的设计.docx

1、逆计时数显定时器的设计 目 录一，中英文摘要，关键词.1二，前言.2三，原理框图.3四，毕业设计主要结构.3 41，时基信号.3 42，分频器件CD4040.10 43，可逆计数器CD40110.15 44，置数开关20 45，控制门20 46，执行电路21五，毕业设计详细电路图23六，详细原理解释24七，焊接与调试25八，结论26九，参考文献27一， 中英文关键字，摘要：逆计时数显定时器的设计 摘要 本文介绍了一种电子定时器定时时间用数字显示并进行逆计数当计数器显示为 “ 0 ” 时控制器会自动切断或打开用电器的电源， 定时时间范围 1 990分钟。该定时器可替代目前一些家用电器中的机械定时

2、器。倒计时时定时器的用途很广泛，它可以用作定时器，控制被定时的电器，实现定时开或者定时关，在定时的过程中，随时显示剩余时间， 它还可以用作倒计时计数器。由三位数码管直观显示倒计时计数状态。关键词：电子定时器,数字显示,倒计时 作者：高剑夫指导老师：朱永乐Abstract This article introduced one kind of electronic timer. Fixed the time is demonstrated with the digit. And carried on ploting the number. When the counter is demonstr

3、ated “0”, The controller automatic turnoff or opens with power source of electric appliance,the range of fixed time is 1 990 minutes.This timer may substitute some mechanical timer of domestic electric appliances in the present.The use of the count down timer is very widespread, it can be used as th

4、e timer,which controls the electric appliance what be fixed time, realizes fixed time opened or closed, in the process of fixed time, momentarily demonstrates the surplus time, it can be also used as the countdown counter. Display the condition of the countdown immediately by three nixietube.Key wor

5、d: electronic timer ,digit demonstration，countdownWritten by Jianfu GaoSupervised by Yongle Zhu二， 前言计数器是最常用的时序电路之一，他们不仅可用于对脉冲进行计数，还可以用于分频，定时，产生节拍脉冲以及其他时序信号。计数器的种类不胜枚举，按照编码分类可以分成：二进制码计数器，BCD（二十进制）计数器，循环码计数器。文章中涉及到的计数器是十进制的。可逆计数器又称作加减计数器。是计数器的一个重要组成部分，除了一些专用的大规模可逆计数器具有符号框功能，中规模可逆计数器一般是不具备极性符号功能的。因此用无符

6、号的中小规模可逆计数器设计带符号的可逆计数器显得尤为必要一般完成这一转换需增加三个单元电路。符号寄存器和符号显示驱动器 用于寄存和驱动计数状态的极性符号。清零电路，在计数器的计数状态+0和 -0相互转换时，它使计数器清零。控制门电路。在可逆计数器的极性符号控制下，它使正计数状态时的增加时钟脉冲和城小时钟脉冲分别变成负计数状态时的减小时钟脉冲和增加时钟脉冲。我们这篇论文写的逆计时数显定时器是在以电子技术（数字部分）该教材基础上写成的。它主要由：时基信号，分频器，可逆计数器，控制门，置数开关，执行电路组成。这种电子定时器定时时间用数字显示，并进行逆计数。当计数器显示为 “ 0 ” 时控制器会自动切

7、断或打开用电器的电源， 定时时间范围 1 990分钟，LED数码管显示运行过程。为了更好的理解该电路的设计原理，文章中详细解释了构成该电子定时器的每个构成部分。这种采用常规CMOS数字集成电路的定时器，电路原理简单，使用方便，适用于家用电器及工业设备的定时控制，故值得电子爱好者业余制作。三，原理框图：四，毕业设计主要结构41时基信号图中VD1、RlR3、D1、D2等组成时基信号产生电路。VD1以及下文中的VD2，VD9，VD16都是1N40011N4001的特征有：低的反向漏电流较强的正向浪涌承受能力高温焊接保证引线可承受5 磅 (2.3kg) 拉力它的极限值和温度特性 TA = 25 见下表

8、符号单位最大可重复峰值反向电压VRRM50V最大均方根电压VRMS35V最大直流阻断电压VDC50V最大正向平均整流电流IF(AV)1.0A峰值正向浪涌电流 8.3ms单一正弦半波IFSM30A最大反向峰值电流IR(AV)30A典型热阻RJA65/W工作结温和存储温度Tj, TSTG-50 - +150电特性 TA = 25符号单位最大正向电压IF = 1.0AVF1.1V最大反向电流TA= 25TA=100IR5.0100A典型结电容 VR = 4.0V, f = 1MHzCj15pF时基信号取交流电的50HZ信号。电源变压器次级输出的交流电压经VD1半波整流后在R1上产生50HZ的脉冲直流

9、电。图中D1，D2是CD4069-六反相器CD4069 提供了14 引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4 种封装形式。推荐工作条件：电源电压范围3V15V输入电压范围0VVDD工作温度范围M类55125E 类.4085极限值：电源电压.0.5V18V输入电压0.5VVDD+0.5V输入电流.10mA储存温度65150引出端符号：1A6A 数据输入端VCC 正电源Vss 地1Y6Y 数据输入端逻辑符号：引出端排列（俯视）逻辑表达式：Y A逻辑图：由点1输出的脉冲信号经D1，D2等组成的施密特触发器整形后在点2输出50HZ的矩形脉冲信号，供分

10、频器作时钟信号。施密特触发器特点 施密特触发器与其说是“触发器”，不如说是具有滞后特性的数字传输门，其特点有二： 1输入电平的阈值电压由低到高为 ，由高到低为，且 ，输出的变化滞后于输入，形成回环。我们将称 为正向阈值电压， 称 为负向阈值电压，二者的差值称为回差。2与双稳态触发器和单稳态触发器不同，施密特触发器属于“电平触发”型电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。下图是施密特发器的电压传输特性，图 (a) 是反相传输特性，图 (b) 是同相传输特性。二、由反相器构成的施密特触发器 1反相器构成的施密特触发器的电路结构将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，就构成了图所示的

11、施密特触发器。（a）电路 (b) 图形符号2反相器构成的施密特触发器的工作原理 G1，G2为CD4069反相器，门电路的阈值电压为：VTH=1/2VDD，且R1R2VI=0时，VO=VOL 0，VI 0当VI从0逐渐升高到使得VI = VTH时,电路发生正反馈,如图所电路状态迅速转换为Vo=VOH VDD当VI从0逐渐升高到使得VI = VTH时,电路发生正反馈,如图所示: 电路状态迅速转换为Vo=VOH VDD正向阈值电压： VI上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平正向阈值电压：VT+ =（1+R1/R2）VTH当VI从VDD逐渐下降到使得VI = VTH时,电路发生正反馈,如图所示：

12、电路状态迅速转换为Vo=VOL 0负向阈值电压： VI下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平负向阈值电压：VT-=（1-R1/R2）VTH电压传输特性曲线：(a)同相输出 (b) 反相输出图 电路的电压传输特性回差电压：定义回差电压 ：VT=VT+ VT-通过改变R1和R2的比值，可以调节VT+、 VT-和回差电压的大小，但R1必须小于R2，否则电路将进入自锁状态，不能正常工作。三、施密特触发器的应用 1.用于波形变换: 将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。图 施密特触发器的应用于波形变换2.脉冲整形：在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。3.脉冲鉴幅： 可在

13、输入的一系列幅度各异的脉冲信号中选出幅度大于某一定值的脉冲输出。42 分频器分频器由电路CD4040等组成。CD4040为12个D触发器串联的12级二进制计数器。 l2位的输出端分别为Q1、Q2、 Q12。 把二进制计数器作成分频系数为M的分频器，也就是说让满M 个脉冲输出一个脉冲。 这十脉冲还要把各级计数器再次清零，以便重新计数。图中CC4040 是12 位二进制串行计数器。所有的计数器为主从触发器。计数器在时钟下降沿进行计数。CR 为高电平时，对计数器进行清零。由于在时钟输入端使用斯密特触发器，对脉冲上升和下降时间无限制，所有输入和输出均经过缓冲。CC4040 提供了16 引线多层陶瓷双列

14、直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4 种封装形式。引出端符号：CP 时钟输入端CR 清除端Q0Q11 计数器脉冲输出端VDD 正电源Vss 地推荐工作条件：电源电压范围3V15V输入电压范围0VVDD工作温度范围M 类55125E 类.4085极限值：电源电压.0.5V18V输入电压0.5VVDD+0.5V输入电流.10mA储存稳定65150逻辑符号：引出端排列（俯视）功能表：逻辑图：静态特性：参数测试条件规范值VO（V）VI（V）VDD（V）-55-402585125单位VOL 输出低电平电压（最大）-5/010/015/05.010.015.00.0

15、5VVOH 输出高电平电压（最小）-5/010/015/05.010.015.04.959.9514.95VVIL输入低电平电压（最大）0.5/4.51.0/9.01.5/13.5-5.010.015.01.53.04.0VVIH 输入高电平电压（最小）4.5/0.59.0/1.013.5/1.5-5.010.015.03.57.011.0VIOH 输出高电平电流（最小）2.54.69.513.55/05/010/015/05.05.010.015.0-2.0-0.64-1.6-4.2-1.8-0.61-1.5-4.0-1.6-0.51-1.3-3.4-1.3-0.42-1.1-2.8-1.1

16、5-0.36- 0.9-2.4mAIOL 输出低电平电流（最小）0.40.51.55/010/015/05.010.015.00.641.64.20.611.54.00.511.33.40.421.12.80.360.92.4mAII 输入电流-15/015.00.11.0AIDD 电源电流（最大）-5/010/015/05.010.015.05.010.015.05.010.020.0150.0300.0600.0A动态工作条件（TA25）：参数规范值单位VDD5VVDD10VVDD15V最小最大最小最大最小最大fcp CP 频率-3.5-8.012.0MHztw CP 脉冲宽度140-60

17、-40-Nstw CR 脉冲宽度200-80-60-NstRE CR 撤离时间350-150-100-Nstr、tf CP 上升或下降时间无限制s动态特性（TA25）：参数测试条件VDD（V）规范值单位最小最大CP 操作tPLH、tPHL 传输延迟时间CP Q0CL50pFRL200ktr20nstf20ns5.010.015.0-360160130NsQn Qn15.010.015.0-2008060tTLH、tTHL 输出转换时间5.010.015.0-20010080Nsfcp CP 频率5.010.015.03.58.012.0-MHztw CP 脉冲宽度5.010.015.0-140

18、6040Nstr、tf CP 上升或下降时间5.010.015.0无限制sCI 输入电容（任一输入端）-7.5pFCR 操作tPHL 传输延迟时间时间CRQ5.010.015.0-280120100Nstw CR 脉冲宽度5.010.015.0-2008060tRE CR 撤离时间5.010.015.0350150100 这里要把50Hz的脉冲信号通过分频器分频后得到周期为1分钟的脉冲信号，分频系数M =5060=3000就是要用二进制计数器搭成分频系数为3000的分频器。电路中用二极管VD3 VD8， 电阻R4组成的“与”门电路从计数器的输出Q1 Ql2中检测出时钟数M ，3000个时钟脉冲

19、对应于Q4=8，Q5=16，Q6=32，Q8=128，Q9=256，Q10=512及Q12=2048。这些输出均为高电平“1”，即8+16+32+128+256+2048=3000时，点3输出一个脉冲，同时经R4送入CD4040的置零端R，使其复位。 二极管VD3 VD8是六个1N41481N4148的特征是：反向漏电流小开关速度快最大功率耗散500mW高稳定性和可靠性43可逆计数器可逆计数器由三个CD40110组成CD40110 为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。CD40110 有2 个计数时钟输入端CPU 和CPD 分别用作加

20、计数时钟输入和减计数时钟输入。由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。CD40110 的进位输出CO 和借位输出BO 一般为高电平，当计数器从09 时，BO 输出负脉冲；从90 时CO 输出负脉冲。在多片级联时，只需要将CO 和BO分别接至下级CD40110 的CPU 和CPD 端，就可组成多位计数器。计数器作加法计数时每计满l0个数后其输出一个脉冲：Qb0 为借位输出端计数器作减法计数时每计满10个数后其输出一个脉冲， 把Qc0 、Qb0分别和上一位的CPU，CPD 相连可组成多级可逆计数器引出端符号：BO 借位输出端CO 进位输

21、出端CPd 减计数器时钟输入端CPu 加计数器时钟输入端CR 清除端/CT 计数允许端/LE 锁存器预置端VDD 正电源Vss 地Ya6g 锁存译码输出端引出端排列：逻辑图静态特性：参数测试条件规范值IOH(mA)VO（V）VI（V）VDD（V）-55-402585125单位VOL 输出低电平电压（最大）5/010/015/05.010.015.00.05VVOH 输出高电平电压（最小）5/010/015/05.010.015.04.959.9514.95VVIL 输出低电平电压（最大）0.5/4.51.0/9.01.5/13.55.010.015.01.53.04.0VVIH 输出高电平电压

22、（最小）4.5/0.59.0/1.013.5/1.55.010.015.03.57.011.0VIOL 输出低电平电流（最小）0.40.51.55/010/015/05.010.015.00.641.64.20.611.54.00.511.33.40.421.12.80.360.92.4mAII 输入电流15/015.00.11.0AIDD 电源电流（最大）5/010/015/05.010.015.05.010.020.05.010.020.0150.0300.0600.0AVOH 输出驱动电压（典型）010255.05.05.04.554.133.64V0102510.010.010.09.

23、559.258.850102515.015.015.014.5514.2113.90CD401l0的7个输出端ag分别和LED共阴极数码管az端对应相连，数码管即可显示计数器所计的数值44 置数开关s1、s2是置数开关，将时钟脉冲送到IC3的加法计数输出端，按动sl或s2即可将IC3IC5所组成的计数器达到预定的数值s1为快调按钮，按下 S1时时钟脉冲频率为50Hz；s2为慢调按钮按下 s2时时钟频率为2 5l6HzS3为计数器的置零开关。S1S3选用小型按钮开关。45 控制门D3D6、VD9VD15等组成控制门。当IC3的减法输入端输入每分钟1个的计时脉冲时，计数器作减法计数。控制门的作用是

24、：当LED数码管显示“000”时，、可封住计时脉冲使计数器维持在此状态不变并通过执行机构使用电器打开或关闭。为了达到上述目的必须对IC3IC5的7段输出进行译码即当数显为 “000”时 使 为高电平“1” ，从而由VD9、R6组成的“或” 门把减法计数输入端封住，减法计数被禁止，计数器被维持在 “000” 状态除非重新按动S1和S2。 经分析发现：CD40110显示“0”时其f为高电平“ l”g为低电平“ 0”而且f为高电平1、g为低电平“ 0” 时显示的数字唯一可能是0因此f 、g为显示0的特征笔划， F4F6为非门，当f为高电平“ 1”时其输出为低电平 0” 这样当IC3IC5的f为高电平

25、“ 1”时g为低电平“0 ”时由VD10VD15、R9组成的“或”门 输出低电平从而点输出高电平。46 执行电路 执行电路由VT1，非门3及S4等组成。VT19013的特征：最大耗散功率：Pcm = 0.625 W 最大集电极电流：Icm = 0.5 A 集电极-基极击穿电压：Vcbo = 45 V电特性 （环境温度 25 ）参数符号测试条件最小值典型值最大值单位集电极-基极击穿电压VcboIc = 100A,Ie=045V集电极-发射极击穿电压VceoIc=0.1mA,Ib=025V发射极-基极击穿电压VeboIe=100A,Ic=05V集电极-基极截止电流IcboVcb=40V, Ie=00.1A集电极-发射极截止电流IceoVce=20V,Ib=00.1A发射极-基极截止电流IeboVeb=5V,Ic=00.1A直流电流增益Hfe1Vce=1V,Ic=50mA64300Hfe2Vce=1V,Ic=500mA40集电极-发射极饱和压降Vce(sat)Ic=500mA,Ib=50mA0.6V基极-发射极饱和压降Vbe(sat)Ic=500mA,Ib=50mA1.2V基极-发射极正向电压VbeIe=100mA1.4V特征频率FtVed=6V,Ic=20mA,f=30MHz150MHz