投币电话控制器的设计

1、电子技术课程设计报告设计课题: 投币电话控制器的设计 姓 名: 学 院: 工 学 院 专 业: 班 级: 学 号: 日 期 2011年06月13日2011年06月22日 指导教师: 目 录1设计的任务与要求22.方案论证与选择2 2.1 投币电话控制器的系统方案2 2.2 投币电话控制器的方案框图23.单元电路的设计和元器件的选择33.1 秒脉冲发生器的设计3 3.2 二-十进制加法计数器的设计4 3.3控制电路的设计6 3.4译码显示电路的设计7 3.5减法器的设计9 3.6 预置通话时间电路的设计10 3.7 主要元器件的选择114.系统电路总图及原理115.经验体会136.参考文献14附

2、录A：元器件清单15投币电话控制器的设计1. 设计的任务与要求投币电话是一种运用数字电路技术实现电话收费的装置。与磁卡电话比较，其具有电路简单、控制灵活、制作和调试简单，且成本较低的优点。投币电话控制器应用计时、定时和控制等部分组成，其主要工作机理是投入一次通话硬币时，计时器开始计时，到规定的时间内发出警告，以提醒使用者。控制器主要是控制各部分单元电路，控制执行电路。这部分电路主要有时钟计数器来实现控制。所以说，时钟计数器是用电话控制器的主要部分。1.1设计要求用按键开关模拟投入通话硬币，即可接通电话，通话的时间为175秒。1.通话时间为175秒，即每投入一次通话硬币即可通话一个计时单元；2.

3、 在通话开始时，以绿灯提示，在通话结束前15秒，以红灯提醒通话者注意时间，并开始用数字显示通话剩余时间，每通话一秒，数字自动减一；3. 数字显示为零之前，如果不再投币，电话将自动切断，控制器停止工作；如果继续投币，通话仍可继续；1.2 设计指标1. 画出电路原理图（或仿真电路图）；2. 元器件及参数选择；3. 编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。2. 方案论证与选择2.1 投币电话控制器的系统方案根据投币电话控制器的设计指标和设计要求，及其设计任务与要求中介绍的电话控制器电路的基本组成可知，投币电话控制器是由秒脉冲发生器、二-十进制加法计数器、控制电路、译码显示电路

4、、减法器、定时电路组成。2.2 投币电话控制器的方案框图 图1 投币电话控制器方案框3. 单元电路的设计与元器件选择投币电话控制器从原理上讲是一种典型的数字电路，可以由许多中小规模集成电路组成，所以可以分成许多独立的电路。本设计把其分为六个中小规模集成电路3.1秒脉冲发生器的设计 秒脉冲发生器在CD7555定时器组成的多谐振荡器基础上设计的，振荡周期为T=0.7（R1+2R2）C。令T=1s，则C=10F，R2=33k，所以R1=77k，取一固定电阻68 k与一个10 k的滑动变阻器串联代替电阻R1。在调试电路时，调节滑动变阻器，使输出脉冲周期为1s。根据多谐振荡器的特点：

5、（1）电路没有稳态，只有两个暂稳态。（2）通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，产生自激振荡，无需外触发。（3）输出周期性的脉冲信号。可知，此电路的工作原理为：接通电源瞬间t=0s时，电容C来不及充电，C为低电平；此时，555定时器内Rd=0，Sd=1，触发器置1，即Q=1，输出U0为高电平。同时，由于Q=1，放电管V截止，电容C开始充电，电路进入暂稳态。此电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们交替变化，输出连续的矩形波脉冲信号。电路如图2所示。 图2 秒脉冲发生器3.2二-十进制加法计数器的设计 由于通话时间为175秒，用二-十进制加法器可把时间分为9段，当计数器每计到20秒时，就输出一个

6、信号，送到控制电路完成下一步功能。二-十进制加法计数器连接如图3.1所示：图3.1 二-十进制加法计数器图3.2 CD4518引脚图 该部分电路可以用一片CD4518来实现，CD4518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，其引脚功能如下：1CP、2CP：时钟输入端。1CR、2CR：清除端。1EN、2EN：计数允许控制端。1Q01Q3、2Q02Q3：计数器输出端。VDD：接正电源。VSS：接地。 CD4518是一个同步加计数器，内含有两个二/十进制计数器，其功能引脚分别为17和915。其为单路系列脉冲输入。4路BCD码信号输出。 CD4518控制功能：其有两个时钟输

7、入端CP和EN。用时钟下降沿触发，信号由EN输入，此时CP端为低电平，同时复位端CR也保持低电平，满足这些条件，电路处于计数状态。功能表如表1。时间1Q31Q21Q11Q00秒00001秒00012秒00103秒00114秒01005秒01016秒01107秒01118秒10009秒100110秒0000表1 CD4518功能表第十秒时，输出端1Q3由1跳变到0，因为是下降沿触发，所以1Q3会向2EN发射一个低电平信号，2EN接收到这个信号，计数器开始工作，2Q32Q22Q12Q0变为0001，第二次接收信号，2Q32Q22Q12Q0变为0010，此时2Q1变为高电平，将这个高电平发送到1CR

8、、2CR，计数器清零，同时将信号发送到控制电路，为其提供脉冲信号。3.3控制电路的设计控制电路由CD4017十进制计数/脉冲分配器加上发光二级管组成，主要作用是时间控制。此电路在175秒的前160秒通话期间，绿灯亮，表示一切正常，而当时间超过160秒后，红灯亮，并且开始计时。其主要功能是接受二-十进制加法器的输出信号，并把每一个信号分配输出。CD4017是一个脉冲分配器，它将每一个输入脉冲从Y0Y8分别输出并且在最后15秒开始倒计时。当脉冲切断，通话也随之切断。控制电路如图4.1所示。 图4.1 控制电路图4.2 CD4017引脚图CD4017是十进制计数/分频器，由计数器、译码器两部分组成，

9、由译码输出实现对脉冲信号的分配。整个输出时序就是Y0Y9依次出现与时钟同步的高电平。其为五位Johnson计数器，CP/CR/EN为输入端。EN为低电平时，计数器在时钟上升沿计数。反之，计数器无效。CR为高电平时，计数器清零。CR、CP分别接收来自定时器、二-十进制计数器的信号。Y8输出信号分别送给减法器的预制段和发光二极管（红）。CP每20秒接收计数器2Q1发出的高电平信号，分别控制Y0Y8输出信号，从而控制红绿灯亮的情况，前八次接收计数器2Q1输出的高电平信号，Y0Y7依次输出高电平，驱动绿灯亮;第九次时，Y0Y7输出低电平，Y8输出高电平，控制红灯亮，同时向减法器预置端输出高电平信号，译

10、码显示器开始倒数计时。3.4译码显示电路的设计译码显示电路由CD4511BCD锁存/七段译码器/驱动器7448组成。它可以根据其输入端的信号驱动共阴极数码管。在此，其输入是最后15秒的剩余时间。七段显示译码器的每一代码经过译码被“辨别“出来的特别电路状态，要驱动某一数字显示器的多个笔划段，使其发光显示数字。图5.1 CD4511引脚图（图中DCBA分别与A3A2A1A0对应）CD4511具有锁存、译码、消隐功能。以反相器做输出级，用以驱动LED。图5.2 译码显示电路7448是带驱动器的七段显示译码器，能直接驱动数码管发光。其引出端中A3、 A2 、A1、A0是BCD码输入端，Ya、Yb、Yc

11、、Yd、Ye、Yf、Yg是译码器的输出端，与半导体数码管的相应七端相连接，VDD接+5V电源正极。7448用来驱动共阴极显示器。7448的A3、 A2 、A1、A0为BCD码输入端分别同计数器的输出端Q3、Q2、Q1、Q0相连，输入不同的BCD码，输出相应的七段码。图5.3 8421 BCD码显示表2 CD4511真值表3.5减法器的设计减法器是可预置的十进制同步加/减计数器CD4510芯片组成的二-十进制减法计数器，其电路如图6所示。CD4510为可预置BCD可逆计数器，主要由四位具有同步时钟的D型触发构成，有可预置数、加减计数器、多片级联使用等功能。具有复位CR、置数控制LD、并行数据D0

12、D3、加减控制U/D、时钟CP等输入。CR为高电平，计数器清零；LD为高电平，D0D3的数据置入计数器中；CE=0，允许计数。U/D为低电平，在CP时钟上升沿减一计数。Q0Q3：输出端。CO/BO：进位/错位输出。 图6.1 减法器图6.2 CD4510引脚图 将低位芯片的D3D0引脚置于低电平，即0101；高位芯片D3、D2、D0置于低电平，D1置于高电平，即0001，此为预置时间15秒。低位芯片时钟CP接收来自控制电路送来的脉冲信号时，减法器工作，低位芯片开始减计数，至0000，低位芯片向高位芯片借位，低高位芯片分别变为1001、0000，然后低位芯片在秒脉冲控制下开始减计数，十个脉冲后，

13、低位芯片变为0000，减法器停止工作。3.6预置时间电路的设计预置时间即为通话的控制时间，具体时间设定为,175秒，现用555定时器组成的单稳态触发器来实现通话时间的控制。 图7 预置时间电路555定时器是CMOS集成定时器，主要管脚有：VSS接地端；TR触发端；OUT输出端；R复位端；C-V电压控制端；TH阈值输入端；D放电端；VDD电源端。该电路的脉冲宽度Tw=1.1RC，若Tw=175s，令C=220µF，则R=723k，所以选取一个680k的电阻和一个100k的电位器RP串联代替电阻R。在调试电路时，调节电位器RP，使输出脉冲周期为175s。其功能表为： THTRROUTVX

14、X00导通<2/3VDD<1/3VDD11截止>2/3VDD>1/3VDD10导通<2/3VDD>1/3VDD1保持原态保持原态3.7主要元器件的选择1电阻200*15、470*2、100k*3、10k*1、68k*1、33k*1、680k*1；2CD4511集成块2块；3CD4510集成块2块；4CD4017集成块1块；5CD4518集成块1块；6. 74LS00集成块1块；7555定时器集成块2块；8. 滑动变阻器10k、100k各一个；9电容器0.01uF*5、10uF*1、220uF*1；10. 发光二极管2个（红、绿各一个）、普通二极管一个、三极管

15、一个；11. 继电器一个；4. 系统电路总图及原理4.1工作原理 当投有硬币时，秒脉冲发生器开始工作，输出秒脉冲信号。二十进制加法计数器在接收到秒脉冲信号时，开始计数，该电路可用一片CD4518来实现。在通话时间为175秒内，二-十进制加法计数器每计到20秒时就输出一个信号，送到控制电路完成下一步功能。控制电路在160秒通话期间，绿灯亮，表示一切正常；当超过160秒，红灯亮，并且开始倒计时。当脉冲切断，通话也随之切断，显示电路与减法器主要是为最后剩余时间进行倒计时与显示时间。4.2系统电路总图将设计的各个单元电路进行级联，得到投币电话控制器电路原理图。5经验体会通过这次对投币电话控制器的设计作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于投币电话控制器的原理与设计理念，要设计一个电路先进行模拟再进行实际的电路制作。但是最后的成品却不一定与模拟时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在模拟中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。参考文献：1 电子技术 李良光主编 合肥工