1.3　数显倒计时定时器

倒计时定时器的用途很广泛。可以用作定时器，控制被定时的电器的工作状态，定时开或者定时关，最长定时时间99min，在定时的过程中，随时显示剩余时间。还可以用作倒计时计数，最长倒计时时间99s，由两位数码管直观显示倒计时计数状态。

1.3.1　电路工作原理

图1-65所示为倒计时定时器电路图，最大计时数“99”，计时间隔为“1”，计时单位为秒或分（由选择开关控制），倒计时初始时间可以预置。采用两位LED数码管显示。倒计时终了时有提示音，同时具有“通”、“断”两种控制形式。

图1-65　倒计时定时器电路图

倒计时定时器电路包括：①IC₃和IC₄构成的两位可预置数减计数器；②IC₁、IC₂以及LED数码管等构成的两位译码显示电路；③非门D₁、D₂等构成的秒信号产生电路；④IC₅、与门D₅等构成的60分频器；⑤晶体管VT₁、VT₂以及讯响器HA和继电器K₁等组成的提示和执行电路。S₁、S₂为预置数设定开关，S₃为启动按钮，S₄为秒/分选择开关。图1-66所示为倒计时定时器原理方框图。

图1-66　倒计时定时器方框图

电路工作原理如下：

倒计时定时器的核心是可预置数减计数器IC₃、IC₄，其初始数由拨码开关S₁、S₂设定，其输出状态由BCD码-7段译码器IC₁、IC₂译码后驱动LED数码管显示。非门D₁、D₂产生的秒信号脉冲，以及经IC₅等60分频后得到的分信号脉冲，由开关S₄选择后作为时钟脉冲送入减计数器的CP端。

当按下启动按钮S₃后，S₁与S₂设定的预置数进入减计数器，数码管显示出该预置数。然后减计数器就在时钟脉冲CP的作用下作减计数，数码管亦作同步显示。

当倒计时结束，减计数器显示为“00”时，输出高电平使VT₁、VT₂导通，继电器K₁吸合，其常开触点K_1-1闭合，接通被控电器；其常闭触点K_1-2断开，切断被控电器。同时，自带音源讯响器HA发出提示音。

1.3.2　门电路多谐振荡器

CMOS门电路输入阻抗很高，构成多谐振荡器容易获得较大的时间常数，尤其适用于低频时钟振荡电路。本电路中，非门D₁、D₂等构成多谐振荡器，产生秒信号脉冲，振荡周期T≈2.2（R₁₆+RP₁）C₁，可通过RP₁进行微调，使其为标准的1s。R₁₅是补偿电阻，可提高振荡频率的稳定度。

1.3.3　60分频器

当倒计时定时器以“分”为计时单位时，需要每分钟1个脉冲的时钟信号，它是由秒信号经过60分频后得到的。

60分频器电路由IC₅、D₅等组成，如图1-67（a）所示。IC₅采用7位二进制串行计数器CC4024，Q₁～Q₇分别为7位计数单元的输出端。从图1-67（b）计数状态表可见，当第60个脉冲到达，计数状态为“0111100”时，与门D₅输出一高电平使IC₅清零，计数状态回复为“0000000”，并开始新的一轮计数。D₅输出信号为输入信号f的1/60，实现了60分频。

图1-67　60分频器

1.3.4　减计数器

电路的核心是可预置数减计数器，由集成电路CC14522构成。CC14522是可预置数的二-十进制计数器，各引脚功能如图1-68所示。IC₃、IC₄的预置数输入端D₁～D₄的状态由拨码开关S₁、S₂设定，开关断开为“0”、闭合为“1”。

当按下启动按钮S₃时，高电平加至IC₃和IC₄的“PE”端，使设定的预置数进入计数器中，然后计数器就在时钟脉冲作用下进行减计数。减计数过程如下：

图1-68　CC14522引脚功能

① 当个位计数器（IC₄）减到“0000”时，再输入一个时钟脉冲，就跳变为其最高位“1001”，其Q₄端输出一“1”脉冲（可理解为借位信号）使十位计数器（IC₃）减1。

② 当十位计数器减至“0000”时，其“O_C”端变为“1”，使个位计数器的“CF”端为“1”。

③ 当个位计数器再减至“0000”时，其“O_C”端变为“1”，并使本位的“”端为“1”，计数停止。个位计数器的“O_C”端为两位减计数器的输出端。

1.3.5　译码显示电路

减计数器的输出状态由LED数码管显示。译码器IC₁、IC₂采用BCD-7段锁存译码集成电路CC14543，将减计数器IC₃、IC₄输出端（Q端）的4位BCD码（二-十进制8421码）译码后，驱动7段LED数码管显示，如图1-69所示。由于采用共阴数码管，所以IC₁、IC₂的“DFI”端接地。R₁、R₂为数码管限流电阻。

图1-69　译码显示电路

LED数码管是最常用的一种字符显示器件，它是将若干发光二极管按一定图形组织在一起构成的，外形如图1-70所示。

图1-70　LED数码管

1. LED数码管的种类

LED数码管具有许多种类。按显示字形分为数字管和符号管，按显示位数分为一位、两位和多位数码管，按内部连接方式分为共阴极数码管和共阳极数码管两种，按字符颜色分为红色、绿色、黄色和橙色等。7段数码管是应用较多的一种数码管。

2. LED数码管的符号

LED数码管的图形符号如图1-71所示。

图1-71　LED数码管的图形符号

3. LED数码管的引脚

LED数码管具有较多引脚，使用中应注意识别。

（1）一位共阴极LED数码管共10个引脚，其中第3、第8两引脚为公共负极（该两管脚内部已连接在一起），其余8个引脚分别为7段笔画和1个小数点的正极，如图1-72所示。

（2）一位共阳极LED数码管共10个引脚，其中第3、第8两引脚为公共正极（该两引脚内部已连接在一起），其余8个引脚分别为7段笔画和1个小数点的负极，如图1-73所示。

图1-72　一位共阴极LED数码管

图1-73　一位共阳极LED数码管

（3）两位共阴极LED数码管共18个引脚，其中第6、第5两引脚分别为个位和十位的公共负极，其余16个引脚分别为个位和十位的笔画与小数点的正极，如图1-74所示。

图1-74　两位共阴极LED数码管

4. LED数码管的显示原理

LED数码管的特点是发光亮度高、响应时间快、高频特性好、驱动电路简单等，而且体积小、重量轻、寿命长和耐冲击性能好。

7段数码管将7个笔画段组成“8”字形，能够显示“0～9”十个数字和“A～F”六个字母，如图1-75所示，可以用于二进制、十进制以及十六进制数的显示。

图1-75　LED数码管显示字形

共阴极LED数码管内电路如图1-76所示，8个LED（7段笔画和1个小数点）的负极连接在一起接地，译码电路按需给不同笔画的LED正极加上正电压，使其显示出相应数字。

共阳极LED数码管内电路如图1-77所示，8个LED的正极连接在一起接正电压，译码电路按需使不同笔画的LED负极接地，使其显示出相应数字。

图1-76　共阴极LED数码管内电路

图1-77　共阳极LED数码管内电路

5. LED数码管的用途

LED数码管的主要用途是显示字符。例如，在时钟电路中显示时间，在计数电路中显示数字，在测量电路中显示结果等。