电话来电自动灯开关及次数显示电路 毕业论文.doc

摘 要电话来电自动灯开关是在夜晚或光线较暗的房间，自动灯亮时间在50秒左右，使得用户能方便的接听电话；安装电话来电次数显示能在用户不在时记录电话来电的次数。本文介绍了由电容降压整流电路、光传感电子开关、单稳延时电路和计数器电路实现电话来电自动灯开关及来电次数显示电路，并对各个电路的方案的选择，设计思路和工作原理进行了详细的分析和论述。经过实践验收测试，电路图设计正确，各项指标均已稳定达到。关键词：电话自动灯 计数译码器 555定时器 光控电路 abstracttelephone automatic light switch is at night or in dark room, automatic light time is about 50 seconds, so that the user can conveniently call telephone caller number display; installed in the user when the number of recorded telephone calls.this paper introduced by capacitance voltage-dropping rectification circuit, a light sensing electrical switch, the constable delay circuit and a counter circuit to realize automatic light switch telephone calls and call number display circuit, and the circuit of the scheme selection, design idea and the principle of a detailed analysis and discussion. through the practice of acceptance testing, the circuit design is correct; the indicators have been steadily reached.keywords：telephone automatic lamp counting decoder 555 timer the optically controlled circuit目 录摘 要abstract.第1章 绪论.11.1 课题背景11.2 课题的目的和意义.21.3 设计要求.2第2章 方案设计3第3章 硬件设计43.1 铃流检测模块53.1.1 光耦合器.53.2 负脉冲产生电路73.3 单稳态触发器7 3.3.1 ne555.93.4 光控电路103.4.1 cds光敏电阻.113.4.2 电路调节.123.5 开关驱动电路123.5.1 电磁式继电器.133.6 数字显示电路153.6.1 双bcd计数器4518.163.6.2 半导体数码管.18本章小结.20结 论21致 谢22参考文献23附录 总电路原理图.24-24-第1章 绪论1.1 课题背景21世纪是信息时代，电话是通过电信号双向传输话音的设备，是人类重要的通信工具，对其的一直在改造和创新。随着我国通信事业的发展，电话普及率逐年提高，电话机已走向千家万户，成为了人们日常生活中必不可少的工具之一。电话是通过电信号双向传输话音的设备。也是固定电话的一种，历史上对电话的改进和发明包括：碳粉话筒， 人工交换板，拨号盘，自动电话交换机，程控电话交换机，双音多频拨号，语音数字采样等。近年来的新技术包括，isdn，dsl，模拟移动电话和数字移动电话等。自从发明了电话，人们的生活就再也离不开它，电话给我们的生活带来了极大的便利。极大地缩短了人们在空间上的距离，让信息更快，更准确的传达到每个人。不过，随着时代的变迁，人们对电话的要求也越来越高，希望电话能带来更多便利、满足更多需求。电话的外形逐渐从宽大厚重向轻巧纤薄，从有线电话向无线通信，固定通信向移动通信转变，越来与贴近人们的日常生活。电话的功能上也产生了巨大的变化，最初的电话只限于通信，随着光纤传输的进步，现在已经有了可视电话，人们不仅可以通话，还可以进行图像传输，真正做到了“天涯若比邻”。科技迅猛发展的今天，电话不再是单纯的通信工具， 电话、汽车、信用卡和住房，是缺一不可的生活必备条件，有了这些，生活的基本资料就有了，现在，将信用卡绑定在电话上，就可以实现“秀才不出门，能办天下事”，许多事情坐在家里就能解决。电话现在具备除了通话功能，还有电话会议，购物，缴费支付，上网，信息订阅等功能，可谓是神通广大，一部小小的电话就解决了生活的问题。除此之外针对不同人群开发的还有相应的特殊功能的电话。供聋哑人使用的电话，将聋哑人的肢体语言转化为文字语言，方便人们与之交流。另外，聋哑人在问路、购物时，这种电话机还可作为语音转译器，将其输入的汉字输出为语音，避免了使用哑语时许多人看不懂的麻烦；能测谎的电话以色列一家软件开发公司发明了一种电话测谎软件。使用时只要将电话线接入装有该软件的计算机，便可在对方毫无察觉的情况下开始检测。通话结束后，程序将自动对对方的谈话“质量”作出评估报告。据悉，使用该程序，测谎准确率达85。该程序还可测出讲话者是否受到非正常心态的影响；有翻译功能的电话，日本是最早研制自动翻译电话的国家。自动翻译电话全称是自动同声翻译电话。当两个说不同语言的人在打电话时，电脑会自动将一种语言翻译成另一种语言，并用声音传给对方，不需通过第三方翻译就可直接对话，中间也不会因翻译而产生延迟古今中外，多少人曾经为了更快更好地传递信息而努力，在电信发展的一百多年时间里，人们尝试了各种通信方式：最初的电报采用了类似“数字”的表达方式传送信息；其后以模拟信号传输信息的电话出现了；随着技术的进步，数字方式以其明显的优越性再次得到重视，数字程控交换机、数字移动电话、光纤数字传输，历史的车轮依然前进因为人们使用电话的频率非常的高，使用电话时的情况也是多种多样的。所以在传统电话设备上加以改善可以使人们在各种各样的情况下方便的使用电话获得更多信息。1.2课题的目的和意义本题目设计的是电话来电自动灯开关及次数显示电路，在电话上加上这个电路可以实现在夜晚或者光线较暗的房间里来电话时自动灯亮起过50s灯又自动熄灭，并且记录电话来电的次数，这使得人们可以方便的接听电话和查看来电的次数。这个电路设计方法和结构较简单，可以广泛的应用到实际生活的中，方便人们使用电话。各种传感器的出现对现代社会产生了重大影响，传感器把各种物理信号转换成电信号，实现对各种物理信号的监视并且因此实现各种控制来应用于现实生活中。本系统主要有电源电路、光控电路和电话控制电路组成。电路主要应用光电耦合，光敏电阻对光照弱，产生不同的阻值来控制电路中的各个极性器件的导通来控制照明灯的开关，并且利用电容的充放电的时间间隔实现灯亮时间的延时。本课题的主要内容包括模拟电子技术，数字电子技术等。俗话说“温故而知新”，通过本课题的设计，使我对以前所学的知识有一个很好的回顾，能够更好的掌握所学的知识。达到学以致用的目的。1.3 设计要求1、在光线较暗来电话时，自动灯亮时间在50秒左右2、未接来电次数用2位led显示第2章 方案设计本设计主要由铃流检测模块，负脉冲产生电路，单稳态触发器，光控电路，开关驱动电路及数字显示电路等几部分组成。系统结构框图如图2-1所示：铃流检测模块单稳态触发器光控电路数字显示电路单稳态触发器开关驱动电路负脉冲产生电路图2-1 电路结构框图各模块功能如下：1.铃流检测模块：其功能是检测电路中有无电话打进，当有电话打进时，输出一个高电平；没有电话打进时则输出为低电平2.负脉冲产生电路：其功能是当电路中有电流流过时，可产生一个负脉冲，促使单稳态触发器工作。3.单稳态触发器：其作用是当输入端输入一个低电平时，触发器通过自身的充放电过程来定时，使其输出端输出高电平。4.光控电路：其功能是当白天自然光较强或夜晚开灯的条件下，光敏电阻阻止较小，使单稳态触发器处于复位状态。此时单稳态触发器不会被触发而时其输出状态发生变化，就不会自动开灯。5.开关驱动电路：其功能是单稳态触发器输出一个高电平时，继电器触点接通点灯开关，灯被点亮。6.数字显示电路：其作用是单稳态触发器输出一个高电平时，双bcd计数器引脚受脉冲上升沿的作用而计数1次，计数输出结果分别经两个译码显示驱动器译码，数码管显示出数字。第3章 硬件设计电话来电自动灯开关及次数显示电路图如图3-1所示。该电路主要由铃流检测模块，负脉冲产生电路，单稳态触发器，光控电路，开关驱动电路，数字显示电路构成。图3-1 电话来电自动灯开关及次数显示电路原理图电路的基本工作原理如下：有人打电话时，电话线路中的振铃信号经c1耦合，r1限流，vd1、vd2整流，在c2上形成直流电压，经r3使vt1饱和导通。单稳态触发器ne555的2脚变成低电平，在该变化下的下降沿的作用下，单稳态触发器ne555进入暂稳态，3脚输出高电平，继电器k动作，其触点接通电灯开关，灯被点亮。555输出高电平的时间由r4c3决定，灯亮的时间约为50s。vt2和cds构成光控电路，白天自然光较强（或夜晚开灯的条件下），光明电阻cds阻值较小，vt2饱和导通，ne555脚为低电平而处于复位状态，此时，ne555不会被出发而时其输出状态发生变化，就不会自动开灯。即白天有电话打入时，灯不会亮。rp用于调节光控起控点（灵敏度）。有人打电话时，铃电流信号经c1耦合、r1限流后送光耦合器n1，n1内部的发光管发光、光敏管导通，ne555的2脚为低电平而被触发，状态翻转，3脚输出高电平，双bcd计数器ic4518的1脚受脉冲上升沿的作用而技术1次，技术输出结果分别经两个译码显示驱动器ic 4558译码，数码管显示出数字来。3.1 铃流检测模块铃流检测模块电路如图3-2所示。电路左面接电话线。c1为1uf,r1阻止为5.1 k，r2阻值为100k，vd1和vd2为1n4148型整流二极管。n1为型号为4n25的光耦合器。 图3-2 铃流检测模块电路图该模块主要是检测有无电话打进。当有电话打进时，电话线路中的振铃信号经c1耦合，r1限流，vd1、vd2整流，在c2上形成直流电压。至负脉冲产生器正脉冲。另一面电流至光耦合器n1，ni内部发光管发亮、光敏管导通，输出一低电平至单稳态触发器。3.1.1 光耦合器1.光耦合器的工作原理 光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（led），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。2.光耦合器的优点光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(ssr)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。3.光耦的作用由于光耦种类繁多，结构独特，优点突出，因而其应用十分广泛，主要应用以下场合：(1) 在逻辑电路上的应用光电耦合器可以构成各种逻辑电路，由于光电耦合器的抗干扰性能和隔离性能比晶体管好，因此，由它构成的逻辑电路更可靠。(2) 作为固体开关应用在开关电路中，往往要求控制电路和开关之间要有很好的电隔离，对于一般的电子开关来说是很难做到的，但用光电耦合器却很容易实现。(3) 在触发电路上的应用将光电耦合器用于双稳态输出电路，由于可以把发光二极管分别串入两管发射极回路，可有效地解决输出与负载隔离地问题。(4) 在脉冲放大电路中的应用光电耦合器应用于数字电路，可以将脉冲信号进行放大。(5) 在线性电路上的应用线性光电耦合器应用于线性电路中，具有较高地线性度以及优良地电隔离性能。(6) 特殊场合的应用光电耦合器还可应用于高压控制，取代变压器，代替触点继电器以及用于a/d电路等多种场合。3.2 负脉冲产生电路负脉冲产生电路如图 3-3 所示。r3、r5为 rtx-1/8w 型碳膜电阻器，r3阻值为5.1k,r5阻值为22k。vt1为9014型晶体管。当铃流检测端输出为一正脉冲，通过该电路可将正脉冲反相放大成负脉冲至单稳态触发器；当铃流检测端输出为一负脉冲，可将负脉冲反相放大成正脉冲。图3-3 负脉冲产生电路3.3 单稳态触发器单稳态触发器电路图如图3-4和图3-5所示。图(a)中当前端负脉冲产生管vt1处于截止状态，集电极输出为高电平时，单稳态触发器ne555的2脚输入一个高电平，单稳态触发器处于稳定态。当前端负脉冲产生管vt1导通时，其集电极输出低电平，即向单稳态触发器ne555的2脚输入一负脉冲，状态翻转，则输出端3脚即输出高电平，此时正电源就通过r4向c3充电，灯照明50s后，ne555的6脚电平上升到2/3e，暂稳状态结束，3脚输出为低电平，灯灭。由于要定时灯亮约50s，由公式t=1.1r4c3=50s，可得r4=1m，c3=47uf。r4、r6为rtx-1/8w型碳膜电阻器，r4阻值为1m，r6阻值为10k。主要部分为ne555单稳态触发器。c3为cd11-25型电解电容器电容值为47uf。c4为ct1型瓷介电容器，c4电容值为0.01uf。图3-4 单稳态触发器电路原理图(a)图(b)中，当单稳态触发器ne555的2脚为低电平则被触发，状态翻转，3脚输出高电平。单稳态触发器ne555的暂稳时间最好设定为3min,因为铃电流信号每隔几秒来1次，ne555的作用就是在3min内只对第一个铃电流信号起作用，而只输出1个高电平脉冲，可避免打一次电话而出现多次计数的错误。由于要定时3min，由公式t=1.1r8c6=3min，可得r8=100k，c3=47uf。图3-5单稳态触发器电路原理图(b)3.3.1 ne5551.ne555的引脚图如图3-6所示：图3-6 ne555引脚图555 的1脚为接地。2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。当触发器高电平时，触发器被置于复位状态，3 脚输出低电平；2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1e/3，此时3脚输出高电平。6脚为阈值端，只对高电平起作用， 低电平对它不起作用， 即输入电压大于2e/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1e/3 时才有效。4 脚是复位端，当 4 脚为低电平时，不管2、6脚状态如何，输出端 3 脚都输出低电平。5 脚是控制端。7 脚称放电端，与 3 脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以 3 脚称为实高（或低） 脚称为虚高。8脚是集成电路工作电压输入端。2.ne555内部电路方框图及工作原理 555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本r-s触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体，如图3-7所示:图3-7 ne555内部电路方框图3.4 光控电路光控电路如图3-8所示。ne555第4脚电压受环境光控制。在白天或室内有灯光照射时，光敏电阻器cds的阻值较小，晶体管vt2饱和导通，使ne555的4脚为低电平而处于复位状态，其3脚也始终保持低电平。此时，ne555不会被触发而使其输出状态发生变化，就不会自动开灯。只有在夜间，且室内熄灯后，光敏电阻器cds阻值增大，使vt2截止，ne555的4脚变为高电平时，电话才能控制照明灯。rp用于调节光控起控点(灵敏度)。图3-8 光控电路原理图3.4.1 cds光敏电阻cds光敏电阻结构示意图如图3-9所示。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。1.性能及特点cds光敏电阻是由环氧树脂封装，具有反应速度快、体积小、可靠性好、光谱特性好、灵敏度高等特点。2.应用范围cds光敏电阻广泛应用于照相机自动测光、光电控制、室内光线控制、电子玩具、光控音乐ic、工业控制、光控开关、光控灯中。3.测试条件(1)亮电阻 用400-600lux光照射2小时后，在标准光源a（色温2854k）下，用10lux光测量。 (2)暗电阻 关闭10lux光照后第10秒的电阻值。 (3)是指10lux和100lux照度下的标准值。=lg(r10/r100)。r10、r100分别为10lux和100lux照度下的电阻值。 (4)最大功率损耗 环境温度为25时的功率。 (5)最大外加电压 在黑暗中可连续施加元件的最大电压。图3-9 cds光敏电阻结构示意图3.4.2 电路调节先将电路调整时rp跳到阻值最小的一端，然后接通电源，照明灯会点亮。调节rp，使照明灯熄灭，且用手遮住光敏电阻器cds时照明灯就会点亮，移开手后又会熄灭。用黑纸将光敏电阻器cds遮住，将rp调节至电阻值最大的一端，使电话机处于摘机的状态，再接通电源，照明灯会点亮。再将电路与电话外线相接，经过50s左右照明灯应熄灭。调节rp，使照明灯点亮，将电话挂机，照明灯应在50s左右自动熄灭；在电话铃响时，照明自动点亮，并在挂机后50s左右自动熄灭。去掉上光敏电阻器cds的黑纸，电路进入正常工作状态。3.5 开关驱动电路开关驱动电路如图3-10所示。当ne555输出端3脚为低电平时，可控硅vd3关断，继电器k不动作，照明灯不亮。当ne555输出端3脚输出高电平时，vd3因门极获得触发电流而开通，继电器k动作，其触点接通电灯开关，灯被点亮。图3-10 开关驱动器电路3.5.1 电磁式继电器1.电磁继电器的工作原理以及特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。电磁式继电器工作原理图如图3-11所示。图3-11 电磁式继电器工作原理图2.继电器主要产品技术参数(1)额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。(2)直流电阻（线圈阻抗）是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。(3)吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。(4)释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。(5)触点切换电压和电流（触点容量）是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。3.继电器测试(1)测触点电阻用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。(2)测线圈电阻可用万能表r10档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。 (3)测量吸合电压和吸合电流找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。(4)测量释放电压和释放电流也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的1050，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。3.6 数字显示电路计数器电路如图3-12所示。图3-12 计数器电路原理图双bcd计数器ic4518的1脚连接单稳态触发器ne555的输出端3脚。当ne555的3脚输出高电平时，双bcd计数器ic4815的1脚受脉冲上升沿的作用而计数1次，计数输出的结果则分别经过两个译码显示驱动器ic4558译码，数码管显示出数字。数字显示电路组成方框图如图3-13所示：计数器译码驱动器显示器 图3-13 数字显示电路组成方框图3.6.1 双bcd计数器4518cd4518是二、十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器。每单个单元有两个时钟输入端clk和en，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。由表可知，若用enable信号下降沿触发，触发信号由en端输入，clk端置“0”；若用clk信号上升沿触发，触发信号由clk端输入，enable端置“1”。reset端是清零端，reset端置“1”时，计数器各端输出端q1q4均为“0”，只有reset端置“0”时，cd4518才开始计数。cd4518采用并行进位方式，只要输入一个时钟脉冲，计数单元q1翻转一次；当q1为1，q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元q2翻转一次；当q1=q2=1时，每输入一个时钟脉冲q3翻转一次；当q1=q2=q3=1或q1=q4=1时，每输入一个时钟脉冲q4翻转一次。这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。若将第一个加计数器的输出端q4a作为第二个加计数器的输入端enb的时钟脉冲信号，便可组成两位8421编码计数器，依次下去可以进行多位串行计数。1.cd4518引脚图如图3-14所示：图3-14 cd4518引脚图cd4518引脚功能如表3-1所示：表3-1 cd4518引脚功能表引脚 符号功能1 9clock时钟输入端 7 15reset消除端2 10enable计数允许控制端3 4 5 6q1a-q4a计数输出端11 12 13 14q1b-q4b计数输出端8vss地16vdd电源正2.cd4518功能图如图3-15所示：图3-15 cd4518功能图3.cd4518逻辑图如图3-16所示：图3-16 cd4518逻辑图4.cd4518时序图如图3-17所示：图3-17 cd4518时序图3.6.2半导体数码管某些特殊的半导体材料，例如pn结，当外加正向电压时可以将电能转换为光能，从而发出清晰悦目的光线。利用这样的pn结，可以封装成分段式（或者点阵式）的数码管。如图3-18所示。图3-18中的点阵式显示器内部实质上是8只发光二极管，分别记为a、b、c、d、e、f、g、h，其中除h制成圆形用以表示小数点外，其余7只全部制成条形，并排列成如图所示的“8”形状。每只发光二极管都有一根电极引到外部引脚上，而另外一根电极全部连接在一起，引到外引脚，称为公共极。图3-18 半导体数码管 图3