范少慧 劉 銳

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071001)

1 工作概述

1.1 功能介紹

一個(gè)30s/60s循環(huán)定時(shí)計(jì)數(shù)器，采用555時(shí)基電路和數(shù)字電路技術(shù)，使之能在30秒計(jì)時(shí)和60秒計(jì)時(shí)之間進(jìn)行切換。

1.2 工作說明

當(dāng)實(shí)現(xiàn)30s定時(shí)計(jì)數(shù)功能時(shí)，NE555時(shí)基電路端作為驅(qū)動(dòng)負(fù)載，輸出一個(gè)脈沖信號(hào)至同步加計(jì)數(shù)器CD4518的低位片時(shí)鐘輸入端，使得低位的顯示數(shù)碼管按照1、2、3的順序開始跳變。由于同步加計(jì)數(shù)器高位片和低位片串聯(lián)，當(dāng)同步加計(jì)數(shù)器的低位片的輸出端Q3輸出為“1”時(shí)，將脈沖信號(hào)傳遞給同步加計(jì)數(shù)器高位片的計(jì)數(shù)允許控制端(通常用EN表示)，使得高位的顯示數(shù)碼管開始跳變，最后高位顯示數(shù)碼管、低位數(shù)碼管分別跳變?yōu)椤?”、“0”時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)功能完成，經(jīng)與非門與非運(yùn)算之后為“0”，即此時(shí)同步加計(jì)數(shù)器低位片的計(jì)數(shù)允許控制端為低電平(同步加計(jì)數(shù)器低位片以時(shí)鐘輸入端為輸入信號(hào)端需使計(jì)數(shù)允許控制端接高電平)，此時(shí)同步加計(jì)數(shù)器低位片無法正常工作，所以兩個(gè)顯示數(shù)碼管狀態(tài)固定。轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)60s定時(shí)計(jì)數(shù)功能，原理與30s定時(shí)計(jì)數(shù)相同。摁下復(fù)位按鈕，即可循環(huán)30s/60s定時(shí)計(jì)數(shù)功能。

2 硬件介紹

2.1 NE555時(shí)基芯片

NE555是555系列芯片的一種計(jì)時(shí)IC。它的操作電源范圍比較大，即NE555的輸入觸發(fā)電平和輸出電平都能與TTL、CMOS等多種邏輯電路的高/低電平匹配。NE555輸出端可以快速直接推動(dòng)很多種自動(dòng)控制的負(fù)載電路，同時(shí)因?yàn)樗挠?jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定性不錯(cuò)及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用中使用較多。

NE555時(shí)基電路在計(jì)數(shù)器中的主要功能是產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，由3’腳輸出信號(hào)到CD4518的CLK端；4’腳是直接清零端，不用時(shí)應(yīng)注意接高電平；5’腳為控制電壓端，不用時(shí)應(yīng)串聯(lián)0.01μF的電容接地，防止引入干擾。

2.2 同步加計(jì)數(shù)器(CD4518)

CD4518是比較常用的同步加計(jì)數(shù)器。 CD4518含有2個(gè)時(shí)鐘輸入端：時(shí)鐘輸入端CLK、計(jì)數(shù)允許控制端EN。當(dāng)采用脈沖上升沿觸發(fā)時(shí)，來自NE555的信號(hào)從CLK端口輸入，此時(shí)可知計(jì)數(shù)允許控制端為高電平1；當(dāng)采用脈沖下降沿作為觸發(fā)信號(hào)時(shí)，EN端作為信號(hào)輸入端接收來自NE555的脈沖，此時(shí)時(shí)鐘輸入端接地，與此同時(shí)復(fù)位端R也接地，即保持低電平(CD4518的CLK端有時(shí)也用CP端表示)。

由于30/60s定時(shí)計(jì)數(shù)器需要2塊七段顯示數(shù)碼管，所以應(yīng)將2片同步加計(jì)數(shù)器CD4518串行級(jí)聯(lián)。

2.3 鎖存七段碼譯碼器(CD4511)

CD4511是COMS BCD鎖存七段碼譯碼器，用于驅(qū)動(dòng)共陰極的七段顯示數(shù)碼管。由2個(gè)CD4518控制2個(gè)CD4511，CD4511分別驅(qū)動(dòng)2個(gè)七段顯示LED數(shù)碼管，至此可完成計(jì)數(shù)器的顯示部分。

2.4 與非門(CD4011)

CD4011是一個(gè)簡單的與非門，電路設(shè)計(jì)時(shí)，由于功能和邏輯關(guān)系的必要性和連接性，應(yīng)將輸入端的兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過與非運(yùn)算之后輸出。

2.5 數(shù)碼管

本次30/60s循環(huán)定時(shí)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)采用的是共陰極七段顯示數(shù)碼管、動(dòng)態(tài)顯示的顯示方式。其他適用于共陰極數(shù)碼管的譯碼器有74LS248和74LS48。

3 工作過程總結(jié)

開關(guān)用于控制30s/60s。當(dāng)采用60s定時(shí)計(jì)數(shù)功能時(shí)，NE555電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)控制兩片串行連接的同步加計(jì)數(shù)器CD4518芯片，同時(shí)同步加計(jì)數(shù)器CD4518控制譯碼器CD4511，從而使2個(gè)七段顯示數(shù)碼管示數(shù)發(fā)生變化，并遵循“逢十進(jìn)一”的原則(當(dāng)連接方案不同時(shí)，可產(chǎn)生其他進(jìn)位規(guī)則，如“逢八進(jìn)一”等)，當(dāng)示數(shù)為“60”時(shí)，數(shù)碼管停止變化。摁下復(fù)位鍵進(jìn)行下一次循環(huán)，轉(zhuǎn)換開關(guān)可變?yōu)?0s定時(shí)計(jì)數(shù)器。

4 結(jié)語

進(jìn)行本次電路設(shè)計(jì)，是為了解NE555時(shí)基電路以及CD4518、CD4511等芯片的工作原理以及其基本用法，為更進(jìn)一步的運(yùn)用打基礎(chǔ)，同時(shí)根據(jù)上述原理，將時(shí)間跨度放大，可制作成簡單便攜的可互換時(shí)間定時(shí)計(jì)數(shù)器，也可在此基礎(chǔ)上增加單片機(jī)，可擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等多種個(gè)性功能，以滿足各種場景的需要。