三段数字显示时间继电器论文

1、目 录第一章 概述第一节 设计目的与技术要求第二节 框图与电路介绍第三节 集成电路元件块介绍第二章 单元电路介绍第一节 电源部分第二节 脉冲发生部分第三节 时间设定部分第四节 计数、译码、显示部分第五节 放大输出部分第三章 整机电路第一节 电路原理图第二节 元件清单第三节 电路的改进第四节 总结第五节 参考文献第一章 概述1-1 设计目的与技术要求目前市场上能买到的时间继电器大部分都是采用电子控制的继电器，其已经取代了曾经风靡一时的气囊阻尼继电器，采用电子控制的继电器定时时间长，延时误差小，定时时间方便，恢复时间短，其综合性及可靠性适应当今高速发展的社会要求，所以我们设计这种产品来适应社会发展

2、的需求。1.学习目的 （1）综合运用数字电路和模拟电路，巩固所学知识。 （2）学会秒脉冲形成电路和数字显示电路的设计方法。 （3）掌握CD4518.CD4553.CD4511等常用数字电路和BCD拨码开关.可控硅的应用。 （4）了解数字显示电路的扩展应用。 （5）了解产品设计的基本思路和方法。 （6）掌握常用电子元件的选择方法和元件参数的计算。 （7）加强计算机运用、查阅资料和独立完成电路设计的能力。2.设计要求如下：（1） 电源电压AC 220V（2） 时间精度小于0.01秒（3） 定时范围0-999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

3、，常闭触点断开，输出驱动能力达到AC220V/2A（6） 电路结构简单、体积小、成本低、稳定性好、可商品化生产。1-2 框图与电路介绍一、 电路的设计框图 秒脉冲计数、锁存器比较器（计数器，编码器）译码驱动器显示器控制对象二、 电路介绍输入电源220V，经过变压器得10V电压左右，通过V1V4整流，经C1滤波。CW7809三端稳压器的1脚为输入，二脚为接地，三脚为输出端，输出为9V电压，为整个电路提供工作电压。电源部分的C2为二次滤波，使直流波形更平滑，以提供更稳定的直流电压。R1、R3为限流电阻。CD4060与晶振产生2Hz的脉冲，经3脚输出（14分频，32767/16384=2Hz），给C

4、D4518，由CD4518内部的一个分频器二分频（2/2=1Hz），由11脚输出1Hz的秒脉冲。该秒脉冲一部分送至计数锁存器CD4553，一部分送至比较电路。1Hz秒脉冲送同步加计数器CD4518的个位、十位、百位与编码器比较计数。另一部分1Hz秒脉冲送至CD4533的秒脉冲输入端12脚，使9脚、7脚、6脚、5脚产生一个8421BCD码，并将此8421BCD码送至CD4511的7脚、1脚、2脚、6脚，经内部译码产生段选信号a、b、c、d、e、f、g、h，并输出至显示器。相应的笔段输出为高电平，驱动数码管显示与8421BCD码所对应的十进制数字。但数码管的显示与CD4553的位选位2脚、1脚、1

5、5脚有关，它们产生与8421BCD码相对应的数，从而控制位选通。如当显示个位时，二脚为低电平，使V11导通，点亮个位，1脚、15脚为高电平，V9、V10截止，使十位、百位灭，由于每秒扫描25帧，人眼难以辨别，所以个位百位看上午去也是一直亮的。1-3集成电路元件块介绍一、CD4553（三位BCD码分时并行输出计数器）1CD4553的结构2CD4553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脉冲。如Q3Q2Q1Q0端送出个位数

6、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。3各个引脚的功能1脚、2脚、15脚、是数据选择输出端，作为分时输出同步控制信号，从而形成动态显示方式，该三只脚低电平有效。、只有一个低电平时，通过多路转换器Q1-Q4分别输出个位计数器、十位

7、计数器、百位计数器的记数值。在任一时刻，、只有一个低电平，并作周期性循环，形成个三位时序信号.4脚、3脚为CA和CB，主要是外接定时电容，作为芯片内部扫描震荡器的内部时钟，在使用内部时钟是，C一般取100pf。5、6、7、9脚为Q3-Q0，是BCD码输出端。10脚为LE锁存控制端，高电平有效。LE=0时，将BCD计数器输出的记数的结果进行传送LE=1时，接口进行锁存。11脚为Dis，是时钟输入控制端。当Dis=0时，允许时钟脉冲输入，当Dis=1是禁止时钟脉冲输入。12脚为CL，是时钟脉冲的输入端。CD4553内部设置了整形电路，对输入时钟计数脉冲的边沿没有要求。13脚为MR是复位端，当 MR

8、=1时，扫描震荡被禁止，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脚为O.F是数据溢出端，当三位BCD计数器的计数由999到1000时，O.F输出一个正脉冲，可为CD4553多级级联带来方便。8脚为接地端VSS，16脚为电源端VDD。二、CD4511（4线七段锁存译码器/驱动器）介绍1、工作原理CD4511是BCD7段锁存译码驱动器，在同一单片结构上由MOS逻辑器件和NPN双极型晶体管器件构成。这些器件组合，使CD4511具有低静态耗散和高抗干扰及源电流高达25mA的性能。由此可直接驱动LED及其它显示部件。LT为电路测试段端，BI为消隐端，LE为允许输入端。、 、LE输

9、入端可分别检测显示、亮度调制、存贮或选通一BCD码等功能。当使用外部多路转换电路时，可多路转换和显示几种不同的信号。 2CD4511的引脚功能1、2、6、7脚分别代表BCDA，为8421BCD的输入端。3脚代，为测试输入端，当=1， =0时，译码输出全为1，不管输入BCDA状态如何，七段均发亮，显示“8”，它主要用来检测数码管的好坏。4脚为，是消隐输入控制端，当=0时不管其他输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭状态，无数字显示。5脚为LE，是锁存控制端，当LE=0时，允许译码输出。当LE=0时，译码器是锁存保持状态，译码器被输出保持在LE=0时的数值。9脚15脚分别代表e、d、c、b、a、g、

10、f，为译码输出端，输出高电平“1”有效。8脚为接地端Vss，16脚为电源Vdd三、 CD4518（双十进制同步计数器）介绍CD4518是一片CMOS十进制加法计数器，由两个相同的同步4级计数器构成。计数器为D型触发器，具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿和下降沿加计数，在单个单元运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位，CR线为高电平时，计数器清零，Q0Q3是四位二进制输出端，Q0是最低位、Q3是最高位、CR是清零端。1各个引脚的定义：1脚、9脚分别代表1CP和2CP是时钟的输入端7脚、15脚分别代表1CP和2CP是清除端2脚、10脚分别代表1EN和2EN是计数允许控制端3脚、6

11、脚分别代表1Q0-1Q3是计数器的输出端11脚、14脚分别代表2Q0-2Q3是计数器的输入端8脚是VSS代表接地、16脚是VCC代表电源2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。计数器在脉动模式下可级联，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，则信号由CP端输入，并EN端接高电平，如果要用时钟的下降沿触发器计数，则信号由EN

12、端输入并使CP端保持为低电平，Q0-Q3是4位二进制输出端，Q0是最低位Q3是最高位，CR是清零端，当在CR端加高电平时为正脉冲。加法计数时Q0-Q3以状态0000到1001（十进制0-9）变化并循环，由1001变为0000时Q4由高变低，产生一个下降沿脉冲，所以Q3可作多级计数器级联时上一级输出，因为是下降沿有效，所以Q4应与高计数器的EN端两连。四、 CD4060（14位二进制串行计数器）芯片的简介1、4060结构2各个引脚功能1脚、2脚、3脚分别为Q12、Q13、Q14，7、5、4、6、14、13、15脚分别为Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10，它们均为计数器的输出端。它们的分频

13、系数分别为24、25、26214,最大值214=16384。9脚为0是震荡输出;10脚为0,是震荡输入;11脚为震荡反馈,控制输出入,12脚为R,是复位端,”1”有效.8脚为接地端Vss,9脚为电源端Vdd。3CD4060为14位二进制串行计数器/分频器/振荡器，CD4060内部由两部分组成，一部分是14级分频器，其最高分频数为214，另一部分由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768Hz的振荡器。4555电路常用于短时间的，精度要求不太高的电路中，而晶振电路较555电路精确性较高，且设定的时间越高，精确度越高，该课题要求设定范围为0999秒，精度要求不大于0.5%恢复时间不大

14、于0.1%。510脚、11脚为内部电路中的反相器组成的一个晶体振荡器，R2为偏置电阻，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，若把其中一个电容变为可变电容，可以使振荡频率准确的调整。晶体振荡器频率为32768的脉冲信号，经过14级2分频（2Hz），所以在第三脚Q14段输出的便是2HZ的变频信号。CD4060为上电复位芯片，C3为上电复位电容，C3充电时电容相当于断路，12脚上的压降很高，CD4060复位，当C3充电完毕时，电容相当于短路，12脚压降很小，不能复位。整个电路的脉冲由CD4060提供振荡器较放大器无需外加信号，就能自动产生一定频率、一定振幅和一定波形的交流

15、信号。五、CW7809三端稳压器的简介1、CW7809的结构2、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

16、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。六、单相可控硅（MCR100-6） 单相可控硅SCRS器件型号MCR100-6封装形式：TO-92package脚位排列：C-G-A，主要参数：电流IT（RMS）：0.8A；电压VDRM：400V；触发电流IGT：1030/30-609（mA） 。第二章 单元电路介绍 2-1 电源部分一、电源部分1电路图2、电源部分电路分析在电源、放大控制电路原理图中，框图内为电源部分电路，电源220V交流电经过变压器变压，降压后，由变压器次级输出9.5V的交流电压，经过V1-V4整流后再经过电容C1滤波，经7809的1脚，

17、由3脚输出，测得2脚电压为9V，电容C2是用来抵消输入端的电感效应，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的，故加此电容进行二次滤波。电源这块因为经整流变化时，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。电子设备中所用的直流稳压电源，通常都是由电网所提供的交流电经过变压、整流、滤波和稳压以后得到的。整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，滤波电路可减小脉动使直流电压变得平滑，稳压电路的作用是使直流电源的输出电压稳定，基本不受电网电压或负载变动的影响。2-2 脉冲发生部分 1电路图 2脉冲部分的电路分析脉冲电路由CD4060与外接晶体振荡器及外部

18、电路共同组成。CD4060为14位二进制串行计数器，同时也为分频器。它的最高分频十脚输出的Q14，为214=16384Hz，而外接晶体振荡器与电阻及电容共同构成频率为32768Hz的外接振荡器。由于555电路在长时间定时的精确性不是太高，而CD4060与外接晶振组成的电路适用于长时间定时电路。CD4060的10脚与11脚的内部电路中的反相器组成一个晶体振荡器，R2为偏置电阻，为反相器提供工作电压，与电容和晶振组成JK型反馈网络。晶体振荡器产生的32768Hz的脉冲信号由3脚分频输出2Hz的脉冲信号送给下一个工作点。此电路是采用上电复位形电路。在电路接通电源时，电源给电容充电，在充电瞬间，由于电

19、容通交隔直的特性，电容两端的电压很高，使CD4060的12脚呈现高电平，此时电路复位。随着充电的进行，电容两端的压降下降，使CD4060的12脚呈现相对的低电平，从而使整个电路工作在正常状态。2-3 时间设定部分1电路图2、时间设定部分电路分析时间设定部分由两片CD4518构成计数部分，有三个BCD拨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9脚，经过再次分频为1HZ信号从11脚输出，一路供给计数、译码电路，另一路接自身2脚，开始计数，2Q3端为二进制BCD码计数器的高位Q3端，在十进制计数中只有8、9，即Q3、Q2、Q1、Q0为

20、二进制1000和1001是Q3为高电平，当下一个脉冲到来时Q3、Q2、Q1、Q0为0000，Q3刚好发生翻转为低电平，送入另一个CD4518的第一位EN2端10脚也就是十位，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端6脚输出一个低电平，给第二位一个脉冲信号，使百位开始计数。CD4518的7、15脚为复位端，接R5上的上电复位信号，三位BCD拨码开关的8、4、2、1脚接CD4518的Q3-Q0脚，因为二极管的单向导电性，计数器的计数信号不能反串到拨码开关，而拨码开关的设定信号可以传到计数器，使R5左端的电位降低，所以当计数器的数值达到设定值时，12个

21、二极管全部截止，在R5左端这里产生一个高点平信号来驱动放大电路的三极管V7（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导通，R5的左端就不会有高电平产生，从而也就驱动不了V7（9013）。2-4 计数、译码、显示部分1电路图2计数、译码、显示部分电路分析从图中可以看出此电路主要由DC4553计数、锁存、多路复合器、CD4511译码驱动电路以及共阴极LED显示三部分组成。1Hz信号由CD4518的11脚送入CD4553的12脚，从9脚、7脚、6脚、5脚产生8421BCD端控信号。而电容经3脚、4脚与内部振荡电路产生一个1Hz扫描信号（位选通信号）分别送给15脚、1脚、2脚

22、，再由这三个脚输出相应的信号去控制V9、V10、V11导通与否。该位选通信号为固定信号。CD4511经7脚、1脚、2脚、6脚接受段控信号经过内部译码分别送给LED的a、b、c、d、e、f、g,从而使LED显示相应的数字。三个LED管并联接在电路中，所以CD4511送出的信号同时给三个LED数码管，使它们显示同样的笔段。但由于位控，使得每个时刻只有一个LED数码管显示笔段。而我们看到它们同时亮，是因为人眼很难辨别25帧/秒的显示速度2-5 放大输出部分1、电路图2、放大输出部分电路（1）栓锁信号：当计数值达到设定值时，由时间设定电路中比较部分产生一个高电平信号。（2）驱动信号送入V7（9013）

23、三极管的基极，当数值达到导通电压时，V7（9013）进入饱和状态，从发射极取出信号经限流电阻R1、R2进入可控硅V6、V8，V6导通驱动继电器动作，常开闭合，常闭断开，接通外部电路，由于继电器显感性，为电能元件，所以在V6动作频率高的情况下，为了缩短继电器的恢复时间，加一个续流二极管V5。之所以将继电器放在稳压电源7809的前面，是为了减小稳压电源7809的负载。V8导通是将取得的信号送到计数器CD4553的10脚进行锁存，使显示器显示停止在设定数值上。可控硅不仅具有硅整流器的特性，还能以小功率信号来控制大功率系统，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，它主要应用于可控整流、逆

24、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作用。第三章 整机电路3-2 元件清单序号代号名称型号规格数量备注单价（元） 1R1电阻3M10.10 2R2电阻2M10.10 3R9R9，R13电阻68080.10 4R10R12电阻10K30.10 5R14电阻200K10.10 6R15、R17电阻100K20.10 7R16、R18电阻20K20.108C1电容2200uf11.50 9C2电容100 uf10.60 10C3电容1031元片0.01 11C4、C5电容2012元片0.01 12C6电容100pf1元片0.01 13V1V5二极管1N400750.50 14V6三极管90131NPN0.30 15V7、V8晶闸管MCR100-621.00 16V9V11三极管90123PNP0.30 17V12V23二极管1N4148120.50 18IC16底座16脚50.20 19K继电器JRF407812.0020IC1、IC2计数器CD451822.5021IC3计数器、锁存多路复合器CD455317.0022IC4译码器CD451113.0023IC514分频器CD406