带有密码锁的八路信号电压自动巡测仪(赛题)

1．题意

参赛者在赛场提供的器件中选用元器件，设计、制作一个自带密码锁的8路信号电压自动巡测仪。

图10－36 CD4511和CD4518芯片引脚图

电路设计要求:

①直流稳压电源。电源线插头插上220V/50Hz电源插座，稳压电源输出端的φ5绿色发光二极管亮，表示直流稳压电源正常。

②密码锁按键设置。密码锁设有4个按键，按键用不干胶贴有编号，分别为①，②、③、④，为了评审的方便，4个按键必须摆成方阵形式。

③密码锁开锁方法。要了解信号电压巡测情况，须先开锁，否则巡测电路不工作。若要开锁，请用“1－3－3”法输入密码，即先按一下②号键，接着按①、再按④号键各三下。密码锁识别确认后，φ3绿色发光管亮，表明开锁成功。锁开前，巡测电路任何部分不得工作，否则视开锁失败。

④密码锁上锁方法。当想要巡测电路退出工作的话，可按一下③号键，即刻φ3绿发光管失光，表示密码锁上锁成功，巡测电路结束工作。若要巡测电路重新工作，必须再一次输入密码开锁。

⑤数显1－8路周而复始。密码锁开锁后，巡测电路工作，立刻可见φ3红色发光管闪亮，其闪烁频率约为1Hz即1s，随之数码管从1开始，数显1、2、3、4、5、6、7、8、1、2、3、4、5、6、7、8、1、2……每一数字对应着所测信号电压属第几路。为了避免评审时出现误判，参赛者务必注意，数码管绝对不可漏笔划，否则失分严重。

⑥信号电压设置。由于竞赛条件的特殊性，不可能给每位提供8路不同值的信号。要求从作品上引入直流电源自行制作8路“信号”电压，为了评审时方便、显目按1～8路顺序，“信号”，电压逐级递增、不许为0值且级间差值不小于0．5V。

⑦信号电压的巡测。1～8路的“信号”电压值在同一测试点上用万用电表的电压挡监测读取，为了让评委准确无误的迅速找到测试点，要求参赛者在作品万能板的元件面，用不干胶贴注明公共测试点。在万用表上应能很方便地对应数显1～8路，读出每路的测量值。

⑧作品每一部分的功能必须符合题意及其要求，必须稳定可靠，否则评审时不予给分。

附注: CD4520与CD4518的引脚完全相同，功能也类似，内部也有两个相同的同步加计数器，不同的是CD4518属二/十进制型，而CD4520属二进制型，引脚CP、EN分是为上升沿、下降沿时针输入端，引脚Cr为复位端。

2．核心芯片管脚图(如图10－37)

图10－37 CD4017和CD4518芯片管脚图

3．电路图解析

①U3A、U3B构成秒脉冲信号发生器，T=2．2R2×C1。

②U4A、U4B构成密码锁电路，此电路只有当2号键按一下，1号按键按3下，4号键按3下后U5C输出为1，D14、R4指示开锁正确。芯片管脚如图10－37所示。

③3号按键为清零按键，按下时芯片清零。电路上锁。

④R6、Q1为驱动继电器工作，D15与继电器线圈构成泄放回路，保护开关管Q1。

⑤CD4017、CD4511、数码管构成1到8循环显示电路。RN1为发光二极管限流电阻。

⑥CD4066为模拟开关，用于电压的传输。Y0～Y7为CD4017的输出，依次输出高电平。使得模拟开关依次导通。这样就能在电压测点测得不同的电平。整体电路图及电压检测电路如图10－38、图10－39所示。

4．核心芯片资料

(1)CD4017功能简述(如图10－40，图10－41)

CD4017是5位Johnson计算器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH为低电平时，计算器在时钟上升沿计数; 反之，计数功能无效。CR为高电平时，计数器清零。Johnson计数器，提供了快速操作，2输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

CD4017引脚功能: 芯片有10个译码输出Q0～Q9，MR为清零端，CP0和CP1是2个时钟输入端，3个输出端的控制． 0Y1Y2Y。每个译码输出一般处于低电平，且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平; 每个高电平输出维持1个时钟周期; 每输入10个时钟脉冲，输出一个进位脉冲，因而进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。在清零输入端(R)加高电平或正脉冲时，只有输出端Q0为高电平，其余各输出端都为低电平“0”。

(2)CD4017引脚功能

CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为3～15V之外，其余接脚为:

频率输入脚: CLOCK(PIN14)，为频率信号的输入脚。

图10－39 电压循环检测电路

图10－40 CD4017逻辑结构图

数据输出脚: Q1～Q9(PIN3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为解码后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为H，其余为L电位。

CARRYOUT(PIN12)，进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRYOUT将输出一个脉波，代表产生进位，供串级计数器使用。

控制脚: CLEAR(PIN15): 清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为H时，会使CD4017的Q0为“1”，其余Q1～Q9为“0”。

CLOCKENABLE(PIN13): 时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正沿时，会使CD4017计数，并改变Q1～Q9的输出状态。

图10－41 CD4017时序图

端功能符号

CO: 进位脉冲输渊; CP: 时钟输入端; CR: 清除端;

INH(EN): 禁止端; Q0～Q9计数脉冲输出端。