电子课程设计公用电话计时器样本

简易电话计时器设计摘要本设计是用中小规模集成电路设计一种公用电话计时系统。通过本设计使其完毕如下几项基本功能：每3分钟计时一次；显示通话次数，最多为99次；每次定期误差不大于1秒；具备手动复位功能；具备声响提示功能，计数器译码显示，声响提示3分钟定期器重要由12位异步二进制计数器/分频器CD4040来实现，通话次数计数器显示电路由二位十进制计数器完毕，采用中规模集成计数器CD4029，74LS47构成。声响提示电路由555集成电路完毕。核心词复位、声响、计数器、分频器目录1设计任务与基本规定………………21.1设计任务……………21.2基本规定……………22系统总体方案…………32.1系统工作原理………………………32.2系统设计框图………………………33单位电路模块设计…………………43.1原则信号源…………43.2分频器………………53.3分钟定期器…………63.4通话次数计数器显示电路…………83.5复位电路……………103.6声响提示电路………………………114调试及成果…………144.1原则信号源调试…………………144.23分钟信号测量…………………144.3计数显示电路调试………………144.4声响提示电路调试………………144.5成果5课程设计体会………………………156参照文献……………16附：总电路图…………171.设计任务与基本规定1.1设计任务用中小规模集成电路设计一种公用电话计时系统。1.2基本规定每3分钟计时一次。显示通话次数，最多为99次。每次定期误差不大于1秒。具备手动复位功能。具备声响提示功能。本设计重要有原则信号源，分频器，3分钟定期器，计数器译码显示，声响提示等电路构成，其工作原理为：当按下复位按键时，复位电路保证3分钟电路及二位十进制计数器同步清零，此时电话通话次数为零。当松开复位按键时，计时开始，3分钟定期器功能时每三分钟输出一种脉冲，该脉冲被送到计数译码器显示电路，便显示出通话次数；同步该脉冲被送到声响提示电路，可控制声响时间及声调，实现声响提示功能。该设计分频器，3分钟定期器重要由12位异步二进制计数器/分频器CD4040来实现，通话次数计数器显示电路由二位十进制计数器完毕，采用中规模集成计数器CD4029，74LS47构成。声响提示电路由555集成电路完毕。2.系统总体方案2.1工作原理当按下安慰按键时，复位电路保证3分钟电路及二位十进制计数器同步清零，此时电话通话次数为零。当松开复位按键时，计时开始，此时由原则信号发生器产生f0=32768Hz信号通过十二级分频得到f0=8Hz脉冲输入3分钟定期器，选用f0=8Hz因素时考虑到设计规定定期精度所选定。3分钟定期器功能时每三分钟输出一种脉冲，该脉冲被送到计数译码器显示电路，便显示出通话次数；同步该脉冲被送到声响提示电路，可控制声响时间及声调，实现声响提示功能。2.2系统设计框图如图1为该计时器工作框图，重要有原则信号源，分频器，3分钟定期器，计数器译码显示，声响提示等电路构成。图1.计时器工作框图3.单位电路模块设计3.1原则信号源CD4011是四-2输入与非门集成电路,CD4040是12位二进制串行计数器/分频器是由T型触发器构成二进制计数器，多位二进制计数器重要用于分频和定期，使用极其简朴和以便。产生脉冲信号电路诸多，例如由集成门电路构成多谐振荡器，由555定期器构成方波发生器等。由于该原则信号源规定频率稳定性及输出信号精度比较高，故采用由CD4011与非门（CMOS）电路及晶体原件构成多谐振频率信号如图2所示，晶振标称频率为32768Hz。由于石英晶体选频特性非常好，只有其串联谐振频率信号才最容易通过，而其她频率会被晶体大大衰减，因此电路在满足震荡条件下，其输出频率仅取决于晶体标称频率，与其她原件参数无关。电路中电阻R是保证G1门工作在线性状态而加入，电容C抑制告辞谐波，以保证输出频率稳定。G3门是为了改进输出波形质量，增长带负载能力而加入缓冲级。图2原则信号源电路及分频器3.2分频由于f=32768Hz频率比较高，为了得到低频信号且又能满足定期规定脉冲，可采用CD4040二进制计数器/分频器进行分频。CD4040是由12个T型触发器构成串行二进制计数器/分频器。复位端高电平有效，2个输入端，一种是时钟CP，一种是复位清零端，有12个分频输出端Q1-Q12,最大分频系数为212=4096，n位二进制计数器最高位输出信号频率fn与计数器脉冲频率fcp关系为fn=fcp/2n现选取12位异步二进制计数器CD4040，则CD4040计数器最高位输出频率为f12=f0=fcp/212=8Hz电路如图2，CR为清零端。表1CD4040功能表输入输出L不变L进入下一状态XH所有输出为L3分钟定期器CD4001输入阻抗很高，因此对薄弱电流很敏感。当感应电功率很小时，虽然有电压，但电流太低，因此说这种状况下高阻输入由于对电流需求很小，只要电压就可以触发，因此使用它时候，对人体触摸会有反映。无论是人还是钳子，它都是导电，尽管剪线钳子外是绝缘，于由它是金属，它能接受空间中任何无线电波，当它与触片接触时，金属间空间电位差也会使这一瞬间产生放电而有电流进入CD4001，人体也不例外，并且人体比较大，接受空间中电磁波能力更强。市电电源在灯附近是必然存在，电力线也产生很强电磁辐射，事实上，人体触发它时候，重要是人体接受到交流感应信号(50Hz)作用在上边而触发。可控硅与灯电路是串联，如果是单向，会通过一种整流桥连接，这样对于灯来说，仍可通过双向电流，双向可控硅就直接与灯串联了，普通来说由于电路要用直流电，因此都采用单向可控硅加整流桥方式，整流出来电流兼作电源用。正由于这个因素，这种灯只能延时点亮，由于一旦触发，整流桥过来电压被短路，只能通过一种二极管隔离开，使用电容中剩余电量进行触发维持。此外，由于待机时必要有薄弱电流通过才干工作，因此只能用于白炽灯，若是节能灯，很也许就无法触发了。该电路是本系统核心。n位二进制计数器输出状态与计数脉冲个数关系为：(N)D=2n-1Qn-1+2n-2Qn-2+……+20Q0由于输入脉冲周期T0=1/f0定期为3分钟=180秒所需要输入脉冲个数N为：N=180/T0=180f0=1440个又由于(N)D=(1440)D=()B即规定计数器模等于1440，运用反馈清零法，可设计出该电路。如图3所示，当CD4040合计到1440个脉冲时，G1输出为1，G2输出为0，G3被置为1。一旦4040CR端为高电平，其输出及时被清零，由于CR构成触发器具备记忆功能，故G3输出不变，当f0上升沿到来时，G3输出为0，CD4040清零信号解除。可见G3输出信号fT是周期为3分钟，输出高电平为1/16秒窄脉冲。二极管D1作用见图5.复位电路。图3三分钟定期电路3.4通话次数计数器显示电路该电路由二位十进制计数器完毕，可采用中规模集成计数器CD4029构成。74LS47是一种7段码数码管驱动芯片，通过它解码，可以直接把数字转换为数码管显示数字。译码为编码逆过程。它将编码时赋予代码含义“翻译”过来。实现译码逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一相应关系。74LS47是输出低电平有效七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。译码器选用OC门输出七段显示译码器74LS47，显示屏采用共阳极七段LED数码管。其中R是限流电阻，即当74LS47输出为低电平时，流入其输出端电流要不大于74LS47最大容许灌电流。若R过小，流入74LS47灌电流增大；若R过大，则LED数码管太暗。普通R选取200W～500W（在5V电源下）。CD4029通过控制输入端可构成二进制或者BCD计数器，它有3个控制端，即二进制/十进制转换B/D，加/减转换U/D和预置数LD，此外它尚有4个置数端D0-D3,4个输出端Q0-Q3,脉冲输入端CP，进位输入端eq\x\to(CI),进位输出端eq\x\to(CO)。CD4029具备优先进位功能四位二/十进制加/减计数器，进位功能可以依照加法和减法或者二进制和十进制来拟定CP上升沿进行计数。电路如图4所示。由于CD4029无清零端，实现复位功能需要置数清零。译码器选用OC门输出七段显示译码器74LS47，显示屏采用共阳极七段LED数码管。其中R是限流电阻，即当74LS47输出为低电平时，流入74LS47灌电流增大；如果R过大，则LED数码管太暗。普通R选取200Ω-500Ω（在5V电源下）。表24029功能表LLLHLHLHHLHH保持H保持图4通话时间显示电路3.5复位电路依照设计规定，在每次通话之前一定要清零。当复位按键按下时，3分钟定期电力和通话次数计数电路均被清零。如图5所示。当复位开关按下时，+5V电源同步加到2分钟定期器清零端和通话次数指数段，使其逼迫清零。但由于二极管D1存在，+5V电源加不到门电路CD4001输出端，避免了CD4001损坏。此外。由于D2作用，使得3分钟定期脉冲仅能加到3分钟定期器清零端和通话次数计数器计数脉冲输入端，而传送不到通话次数计数器置数端上来，从而实现了正常计数。图5复位电路3.6声响提示电路该电路重要功能是每到一种3分钟时间，提示时间为5秒钟。555集成定期器是模仿功能和数字逻辑功能相结合一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以构成性能稳定而精准单稳电路。TTL集成定期器555定期器外引线排列图和内部原理框图如图6,7所示，它是由上、下两个电压比较器、三个5kΩ电阻、一种RS触发器、一种放电三极管TD以及功率输出级构成。虚线边沿标注数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定期器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以变化比较器参照电压，不用时，经0.01uF电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定期器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达100～200mA，因而可直接驱动继电器、发光二极管、批示灯等；8脚为电源端，可在+4.5～+18V范畴内使用，比较器C1反相输入端⑤接到由三个5kΩ电阻构成分压网络2/3Vcc处（⑤也称控制电压端），同相输入端⑥为阀值电压输入端。比较器C2同相输入端接到分压电阻网络1/3Vcc处，反相输入端②为触发电压输入端，用来启动电路。两个比较器输出端控制RS触发器。RS触发器设立有复位端④，当复位端处干低电平时，输出③为低电平。控制电压端⑤是比较器C1基准电压端，通过外接元件或电压源可变化控制端电压值，即可变化比较器C1、C2参照电压。不用时可将它与地之间接一种O．01μF电容，以防止干扰电压引入。输出电流可达100～200mA，能直接驱动低阻抗扬声器。图6TTL电路555电路构造图7555集成电路引脚排列表3555芯片功能表eq\o(\s\up13(——),TR)触发eq\o(\s\up13(),TH)阈值eq\o(\s\up13(—),R)复位eq\o(\s\up13(),D)放电端eq\o(\s\up13(),OUT)输出H导通LH原状态H截止HL导通L555构成单稳态电路当电源接通后，Vcc通过电阻R向电容C充电，待电容上电压Vc上升到2/3Vcc时，RS触发器置0，即输出Vo为低电平，同步电容C通过三极管T放电。当触发端②外接输入信号电压Vi＜1/3Vcc时，RS触发器置1,即输出Vo为高电平，同步，三极管T截止。电源Vcc再次通过R向C充电。输出电压维持高电平时间取决于RC充电时间，当t=tW时，电容上充电电压为；因此输出电压脉宽tW=RCln3≈1.1RC（普通R取1kΩ～10MΩ，C＞1000pF）值得注意是：t重复周期必要不不大于tW，才干保证放一种正倒置脉冲起作用。由上式可知，单稳态电路暂态时间与Vcc无关。因而用555定期器构成单稳电路可以作为精密定期器。实现此功能可用单稳态触发器加多谢振荡器完毕。运用555定期器构成电路如图8.依照定期时间规定，可拟定电阻R1，电容C1值。由于T0=1.1R1C1，T0=5秒，取C1=10uF，可得R1=4.7K图8声响提示电路4.调试及成果4.1．原则信号源调试运用示波器观测振荡器输出波形与否对的。若用万用表直流量程测量其输出，应为2.5V左右输出。然后用示波器观测分频器CD4040Q11端输出，检查与否有8Hz信号输出。4.2．3分钟信号测量3分钟定期信号脉冲输出高电平时间极短，故运用示波器测量时，把示波器扫描速度开关打在“扫描停止”档，观测光点变化。4.3．计数显示电路调试一方面外加入1Hz左右脉冲信号，观测计数器、译码、显示电路与否正常工作。4.4．声响提示电路调试一方面调试多谐振荡器，将第二片555定期器4脚接高电平，用示波器观测输出波形。然后将3分钟定期脉冲输出到第一片555定期器构成单稳态触发器中，同步将第二片5554脚接到单稳态触发器输出端，用示波器观测输出波形变化或用扬声器监听。4.5成果通过这次设计最后实现了设计规定，当按下复位按键时，复位电路保证3分钟电路及二位十进制计数器同步清零，此时电话通话次数为零。当松开复位按键时，计时开始，3分钟定期器功能时每三分钟输出一种脉冲，该脉冲被送到计数译码器显示电路，便显示出通话次数；同步该脉冲被送到声响提示电路，可控