在电子仪器仪表比较密集的工业控制或自动检测系统中，经常使用多台同种仪器或器件，对不同位置的同种量进行检测或计量。为了更科学更现代化地对系统进行监控和管理，节省仪器设备购置费用，本文介绍一种用四块CMOS数字集成电路组装的多通道自动巡回转换电路，可用一台仪器对8路或更多通道的同种量进行分路（或分时），自动巡回检测，同步显示被检通道的编号，并有手动控制功能。具有使用元件少，电路简单，制作容易，不需调整，转换精度高等特点，可供大家参考。
电路原理如图1所示，主要由振荡器，计数器，通道转换和显示四部分电路构成。
1、振荡器由IC1等组成，作用是产生连续方波时钟脉冲，供计数器使用，以控制通道转换器和显示器同步工作。IC1为四—二输入与非门CD4011，用其中两个与非门组成振荡器，振荡频率由R1、R2、RP1和C1取值大小决定，RP1为频率调整电位器。振荡脉冲由④脚输出，送至计数器。也可以使用其它类型的振荡器作为计数脉冲源。R9、R10和开关S2组成手动脉冲发生电路，当自动／手动转换开关S1置于“1”时，通道转换和显示电路处于“自动”工作状态，计数器使用振荡器提供的连续脉冲串，振荡频率越高，通道转换和显示的速率越快。当S1置于“2”时，通道转换和显示电路工作于“手动”状态，计数器脉冲输入端通过R9接地，无脉冲输入，计数器保持原有状态，亦即转换器和显示器停留在现有通道上，维持该通道的导通和编号显示，直到下一个脉冲到来，才转换到另一个通道。此时，每按动一次S2、＋5V电源通过R10产生的高电位就加到计数器一次，计数输入端电平高低变化一次，相当输入一个计数脉冲，通道转换和编号显示便顺次变化一次，实现手动控制功能。
2、计数器IC2使用双二—十进制同步加法集成电路CD4518。同步计数器的优点是计数单元由同一时钟脉冲进行驱动，各计数单元的状态同时翻转，不存在计数单元传输过程时间累积问题，工作频率比异步计数器要高。CD4518采用8421编码，在同一封装内有两个完全相同的彼此独立的计数器，可互换使用，其引脚位置和功能已在图1中标出，附表1为有关引脚的功能表。由附表1可见，CD4518中每个计数器有两个时钟输入端CP和EN，其触发方式有两种，可以用时钟脉冲的上升沿，也可以用下降沿。若用时钟脉冲上升沿触发，则脉冲信号由CP端输入，并使EN端为高电平；若用时钟脉冲下降沿触发，则脉冲信号由EN输入，并使CP为低电平。图1中两个计数器时钟脉冲均由CP端输入，所以，IC2的②、⑩脚两个EN端分别通过R3和R4接高电平，CR为清除端，低电平时，计数器可正常计数或保持；当CR端加高电平或正脉冲时，计数器各输出端Q3～Q0均为低电平。
两个计数器的工作过程如下：第一个计数器起分频作用，利用时钟脉冲上升沿触发，由1CP端①脚输入脉冲，1EN端②脚接高电平。1CR清除端⑦脚接地。由8421编码方式可知：在输入0～7个时钟脉冲时，1Q2～1QD的状态将按000、001、010……111的顺序变化，这期间1Q3始终为0；在8～15个时钟脉冲输入时，1Q2～1Q0的状态仍按0～7个脉冲时重复变化一遍，但1Q3在此期间保持为高电平1，也就是说，1CP每输入15个时钟脉冲，1Q3输出电平就高低变化一次，相当输出一个脉冲，起到16分频的作用。第二个计数器为主计数器，2EN端⑩脚接高电平，经16分频的脉冲信号由1Q3加到2CP时钟脉冲输入端⑨脚，降低了振荡器的振荡频率，延长了脉冲周期。2Q3与清除端2CR相连，由前述分析可见，在2CP输入0～7时钟脉冲期间，2Q2～2Q0输出状态按000～111的规律变化，供通道转换和显示使用，2Q3始终为0。当第8个时钟脉冲由2CP输入时，2Q3状态为1，2CR也为1，清除第二个计数器的输出状态，使2Q3～2Q0均为0，2CR也为0，清除作用随即结束。当2CP输入第9个脉冲时，又开始下一轮计数。如此反复循环，达到通道自动巡回转换和显示的目的。
顺便说一句，双四位二进制同步加法计数器CD4520的引脚位置和功能与CD4518完全相同，区别仅为CD4518为二——十进制编码，CD4520为四位二进制编码，在图1中，两者可直接互换使用。
3、转换器。转换器IC3使用8选1模拟开关集成电路CD4051，可进行8通道转换。其③脚I／O端相当于转换开关的刀，（I／O）0～（I／O）7引出脚相当于8个刀位，究竟哪个刀位相通，由⑨～脚A2～A0端电平的高低状态决定。A2～A0与IC2的2Q2～2Q0相连，当2Q2～2Q0的状态由000～111变化时，IC3的、、、①、⑤、②、④脚依次与③脚接通，若此时上述8个引脚接有被测信号时，便可分时由③脚输出进行巡回检测，实现多通道自动转换。有关计数、通道转换和显示情况见附表2。IC3⑥脚INE为禁止端，高电平时8个通道均呈关断状态，低电平时才允许开关接通。CD4051模拟开关接通时电阻非常小，既可传送数字信号，也可传送模拟信号，并且允许信号双向流动。⑦脚VEE为信号类型选择端，传送数字信号时接地，传送模拟信号时，应与系统中模拟信号摆动幅度下限电位相连。图1中IC3的⑥、⑦脚均接地。CMOS集成电路功耗很低，电源电压范围较宽，可在+3V～＋15V间选用。CD4051模拟开关输入信号幅值不允许超过电源工作电压，工作电流不允许超过15mA，否则将影响通道转换性能或损坏集成电路。
4．通道显示器。显示电路比较简单，IC4采用二进制BCD码锁存／7段译码集成电路CD4511，配用LED共阴极数码管LC5011—11进行通道显示。IC4的C～A输入端与IC2的2Q2～2Q0相连，其输出端导通状态和显示字形见附表2。LT-测试端③脚和BI-消隐端④脚经R5接高电平，⑤脚LE为锁存器闸锁控制端，经R6接地。由于8通道编号由0～7已够，只需C～A端状态由000～111间变化即可，IC4的D端始终为0，且因CMOS集成电路的输入端不允许悬空，故将D端⑥脚经R7接地。R8为数码管限流电阻，可视数码管亮度需要，适当增减其阻值。
若需要8个以上的转换通道，可增加CD4051和CD4511进行扩展，也可以用16选1模拟开关集成电路CD4067代替CD4051进行16通道转换，其原理与前面讨论的相同，篇幅所限，本文不再赘述。图2为1:1印制线路图，实际尺寸为70×60mm\(^{2}\)。
由于本电路采用的是CMOS数字集成电路，因此，在安装和使用中要注意以下事项：
（1）CMOS集成电路推荐使用电源电压为+3V～＋15V，但在模拟应用时，如线性放大和图1振荡器等，电源电压不得低于+4.5V；
（2）CMOS集成电路多余输入端不允许悬空，因悬空的输入端电位高低变化不定，会破坏电路内部正常逻辑关系，同时因悬空输入端阻抗甚高，易受外界噪声干扰，引起电路误动作，而且也极易感应静电，造成击穿损环。因此，按一般规律应将CD4011多余两个与非门输入端接高电平；
（3）焊接时使用的电烙铁要有良好接地，最好拔下电源插头后焊接，以防损坏集成电路；
（4）CD4051的8个输入端输入的信号电压应在0V～VDD之间，最大幅度不应超过电源电压。若输入端接长线传送信号时，要采取适当的保护措施，简单的办法是在输入端串接一只电阻，阻值可按VDD／1mA进行选择。本电路使用+5V电源电压，故用长线输入信号时，串入一只5.1kΩ电阻即可。（瞿贵荣）