怎樣用CD4033制作數(shù)字秒表

1．電路原理

此款秒表采用發(fā)光數(shù)碼管顯示，計(jì)時精度為百分之一秒，最大計(jì)時時間為9.99s。

電路原理圖如下圖所示。電路由時鐘電路、計(jì)數(shù)/譯碼/顯示電路、手動計(jì)時控制電路組成。時鐘脈沖發(fā)生器用CD4069組成晶體振蕩器產(chǎn)生38000~Hz的脈沖信號，再由CD4040計(jì)數(shù)/分頻器生成周期為百分之一秒的時鐘信號。時鐘脈沖輸出到CD4033計(jì)數(shù)/譯碼/顯示電路，由7段數(shù)碼管顯示時間。按一下計(jì)時按鈕AN1，秒表開始計(jì)時；再按一下秒表停止計(jì)時，同時顯示計(jì)時結(jié)果。按動清零恢復(fù)按鈕AN2，顯示結(jié)果消失，秒表返回0值。

（1）如何獲得時鐘脈沖信號

秒表的關(guān)鍵是獲得準(zhǔn)確的時鐘信號。本電路采用CD4069組成石英晶體振蕩器電路，產(chǎn)生38000~_{z的脈沖信號；再經(jīng)過CD4040進(jìn)行分頻系數(shù)為380的分頻，輸出周期為0.01秒的時鐘脈沖信號。

（2）如何設(shè)計(jì)分頻系數(shù)為380的分頻器

電路中CD4040分頻器的分頻系數(shù)是380001-{z門00Hz=380。用4040組成分頻系數(shù)為380的分頻器的步驟如下。

將分頻系數(shù)380化成2進(jìn)制數(shù)：

380=101111100，=2（8）+2（6）+2（5）+2（4）+2（3）+2（2）。

把上式中6個乘方的指數(shù)分別加1，即把8、6、5、4、3、2分別加1，得到9、7、6、5、4、3；從而確定使用CD4040的Q9、Q7、Q6、Q5、Q4、Q3這6個輸出端。

（3）秒表控制電路——開關(guān)鍵電路

手動計(jì)時按鈕電路的功能是操作秒表，按動一下秒表開始計(jì)時，再按動一下秒表停止計(jì)時并顯示兩次按動所經(jīng)過的時間。本電路采用．4069組成雙穩(wěn)態(tài)記憶電路，結(jié)合使用一個普通按鈕開關(guān)AN1組成開關(guān)鍵電路。每按動一下這個按，．CD4069門6的輸出電位就在高電位和低電位之間改變一次狀態(tài)；這個輸出電信號連接在CD4040分頻器的復(fù)位端。當(dāng)4040的復(fù)位端為低電位信號控制時，它可正常計(jì)數(shù)；當(dāng)CD4040的復(fù)位端為高電位信號控制時，它停止計(jì)數(shù)。

（4）清零恢復(fù)按鈕電路

它的功能是在一次計(jì)時完成之后，將計(jì)數(shù)器清零，以便準(zhǔn)備進(jìn)行下一次的計(jì)時工作。電路由下拉電阻R和一個普通的按鈕開關(guān)AN2組成；平時由于下拉電阻R6的作用，CD4033的復(fù)位端被控制在低電位，此時如果有時鐘信號從輸入端輸入，則CD4033正常計(jì)數(shù)；一旦按動一下這個按鈕，3個CD4033的復(fù)位端就得到一個高電位脈沖，從而使CD4033計(jì)數(shù)器的各個數(shù)位的輸出端都強(qiáng)迫變成0。

（5）十進(jìn)制加計(jì)數(shù)/7段譯碼器集成電路CD4033特性

CD4033的管腳接線圖如下圖所示（略）。

它可完成十進(jìn)制計(jì)數(shù)功能、譯碼及顯示驅(qū)動功能。主要管腳功能如下：

CP：計(jì)數(shù)器時鐘輸入端；INH：計(jì)數(shù)器時鐘禁止，高電平有效：

RBI：零消隱端，低電平有效：

RBO：零消隱級連輸出端；CO：計(jì)數(shù)十進(jìn)制進(jìn)位輸出端；a—g：7段阿拉伯?dāng)?shù)字段碼，顯示時輸出高電平；LT：顯示測試端，高電平有效；R：復(fù)位端，高電平有效。

CD4033的獨(dú)特功能在于可以設(shè)置單獨(dú)的零消隱功能以及多位級連零消隱功能，以節(jié)約電能。本電路中“秒”位設(shè)置了零消隱功能：小數(shù)點(diǎn)后面的則沒有設(shè)置該功能。

CD4033的譯碼驅(qū)動電路輸出的電流比起其它相同功能的集成電路如CD40110、CD4511來要小很多；如使用5V電源電壓，4033每個段碼的驅(qū)動電流最大為3mA，而后面的兩種可達(dá)20mA。CD4033的這個特點(diǎn)現(xiàn)在變成了優(yōu)點(diǎn)。原來為了數(shù)碼管顯示足夠的亮度，每個段碼的驅(qū)動電流一般需要15mA；7段段碼的驅(qū)動電流最大高達(dá)。100rnA。如果使用4位數(shù)碼管，總驅(qū)動電流高達(dá)400mA；所以用數(shù)碼管的電路很少采用電池供電。即便如此，一些舊型號的數(shù)碼管所發(fā)出的光線在室外仍感覺不夠亮。而隨著超高亮度LED的出現(xiàn)，一些新型數(shù)碼管也使用了超高亮度的發(fā)光芯片；每個段碼用15mA的工作電流，其發(fā)出的光亮足以保證在室外可辨認(rèn)。實(shí)驗(yàn)證明，采用超高亮度的數(shù)碼管，每個段碼僅僅用1mA的驅(qū)動電流，即可在室內(nèi)使用；用CD4033驅(qū)動綽綽有余。這樣，按照每個數(shù)碼管平均驅(qū)動的電流為5mA，3位數(shù)字秒表的驅(qū)動電流僅僅為15 mA，可用5號電池供電。本作品采用1／2英寸的超高亮度共陰極數(shù)碼管，發(fā)光顏色不限。

本機(jī)數(shù)碼管是8段的，每個數(shù)碼管上面都有一個小數(shù)點(diǎn)；這里只用了秒位數(shù)碼管里的小數(shù)點(diǎn)。

2．在拼裝面包板上組裝電路

（1）元器件布局

首先根據(jù)電路圖的元器件個數(shù)確定采用幾個面包板，可用一塊寬行面包板組裝。

元器件在面包板上的布局的順序是首先安裝集成塊：先根據(jù)電路圖把各個集成電路的位置確定好，然后插入集成電路。建議將IC1～I(xiàn)C8按照從左到右的順序安裝：即CD4069、CD4040、CD4033、數(shù)碼管（百分之一秒）、數(shù)碼管（十分之一秒）、CD4033、數(shù)碼管（秒）、CD4033；如下圖所示。

為了連線方便，數(shù)碼管倒置安裝；也就是小數(shù)點(diǎn)在上方。所以3位CD4033的順序是秒位在最右邊。使用時將面包板倒置后，可以按正常數(shù)字顯示觀察秒表的結(jié)果。

（2）組裝連線并調(diào)試

在用面包線連線的同時安裝電阻電容等元件。

建議分步組裝、分步調(diào)試。

最先連線數(shù)碼管及驅(qū)動電路，完成后接電源調(diào)試。調(diào)試方法是把一根面包板插線的一端接在CD4033的計(jì)數(shù)輸入端，另一端先插接電源正極、然后再接地；3位數(shù)碼顯示管應(yīng)顯示數(shù)字發(fā)生變化，表示這部分電路工作正常。第二步連線時鐘電路并調(diào)試。電路成功的標(biāo)志是數(shù)碼管可顯示百分之一秒計(jì)時。

最后連線秒表控制電路，以實(shí)現(xiàn)用兩個按鈕操作秒表。

3．測定秒表的精度可用另一個秒表對自制的秒表進(jìn)行精度調(diào)試。

例如使用手機(jī)秒表，用兩手分別控制手機(jī)秒表和自制秒表，同時按下開始計(jì)時，過10秒鐘后同時按下停止按鈕；如果自制的秒表與手機(jī)秒表相差在百分之幾秒內(nèi)，可以認(rèn)為制作成功。如果誤差超過0.1秒，則應(yīng)檢查電路，找出問題所在。