簡易公用電話計時器

1、-作者xxxx-日期xxxx簡易公用電話計時器【精品文檔】 電子課程設計 簡易公用電話計時器 學院：電子信息工程學院 專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級： 姓名： 學號： 指導老師：閆曉梅 2014年12月14日 簡易公用電話計時器一 設計任務與要求簡易公用電話計時器是一種用數(shù)字顯示的計時裝置，具體要求如下： 1每一秒鐘計時一次。最大計時時間為59分59秒。 2具有手動復位功能。 3每一分鐘報警一次 。 4通話時長超過三分鐘按通話一次計數(shù)。最大計數(shù)為99 5可對通話次數(shù)手動清零。要求完成的任務如下： 1畫出整體電路圖，并進行必要的分析說明。 2用設計軟件對可編程器件進行設計輸入、設計仿真和器件編程

2、，使器件具有所規(guī)定的邏輯功能。 3. 安裝調(diào)試所設計的電路，使之達到技術指標要求。 4.對實驗結(jié)果進行分析記錄。二、總體框圖 1.該簡易公用電話計時器總體框圖如下：復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關復位開關2.設計思路：實驗的第一步是要提供一個標準時間，即提供一個周期為一秒的方波信號。由于最大計時為59分59秒，因此設計需要四位計數(shù)電路，分別為秒個位、秒十位、分個位、分十位。計數(shù)之后才能進行進行譯碼顯示。同時在一分鐘的時候給報警電路一個脈沖信號，用以達到報警的目的。另外需要設計

3、電話的手動開關，即模擬打電話和掛電話的過程。同時其要求超過三分鐘按一次計數(shù)。及要求有計數(shù)功能。最大計數(shù)為99故需要添加一個二位計數(shù)電路。同時為其設計一個開關以達到手動清零的目的。3.模塊功能：（1）秒脈沖發(fā)生器模塊本實驗選用555計時器組成多諧振蕩器發(fā)出的脈沖，從而獲得1HZ的秒脈沖。電路圖如下圖所示： （2）譯碼顯示模塊 秒個位、秒分位、分個位、分十位分別位10、6、10、6進制計數(shù)器。秒、分個位均為十進制，即顯示09.秒、分十位為6進制計數(shù)器，顯示05、（3）手動復位模塊該部分有一個開關和串聯(lián)電阻以及一個5V電壓源組成。用以達到模擬電話的通話及掛斷過程。（4）報警裝置模塊用一個燈泡來實現(xiàn)該

4、電路的報警功能。（5）通話計數(shù)模塊該部分用倆片74LS160芯片來實現(xiàn)起最大計數(shù)為99的功能要求。（6）計數(shù)器手動清零模塊該部分用與手動復位部分相同的元器件來實現(xiàn)其要求。三、選擇器件74LS160十進制加法計數(shù)器6個555555計時器1個74LS03雙輸入與非門2個74LS04非門1個74LS12三輸入與非門1個74LS20四輸入與非門1個74LS08雙輸入與門1個74LS00雙輸入與非門1個電阻1K歐2個電阻2個電阻100歐1個開關單刀單擲開關2個DCD-HEX LED顯示屏6個VCC5V電壓源8個燈泡燈泡1個表一 選用元器件以下是幾個主要元器件的介紹和說明：（1）74LS160的應用 它是

5、同步十進制加法記數(shù)器，當LOAD端輸入底電平時處于預置數(shù)狀態(tài)，D0、D1、D2、D3的數(shù)據(jù)將會在CP上升沿到達時被置入Q0、Q1、Q2、Q3中，它的預置數(shù)是同步的。下圖是74LS160的邏輯圖，圖中LD為預置數(shù)控制端，A到D為數(shù)據(jù)輸入端，RCO為進位輸出端，RLC為異步置零端，QA-QD位數(shù)據(jù)輸出端，ENP和ENT為工作狀態(tài)控制端。 圖4. 74LS160的邏輯符號 圖5 74LS160的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 （5）為74LS160的內(nèi)部原理圖。當RC=0時所有觸發(fā)器將同時被置零，而且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響。當R.1、LD=0時，電路工作在預置數(shù)狀態(tài)。這時門G16-G19的輸出始終是1，所

6、以FF0-FF1輸入端J、K的狀態(tài)由D0-D3的狀態(tài)決定。當RC=LD=1而EP=0、ET=1時，由于這時門G16-G19的輸出均為0，亦即FF0-FF3均處在J=K=0的狀態(tài)，所以CP信號到達時它們保持原來的狀態(tài)不變。同時C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0、則EP不論為何狀態(tài)，計數(shù)器的狀態(tài)也保持不變，但這時進位輸出C等于0。當RC=LD=EP=ET=1時，電路工作在計數(shù)狀態(tài)。從電路的0000狀態(tài)開始連續(xù)輸入16個計數(shù)脈沖時，電路將從1111的狀態(tài)返回0000的狀態(tài)，C端從高電平跳變至低電平。利用C端輸出的高電平或下降沿作為進位輸出信號。CPEP ET工作狀態(tài)X0XX X置零10X X預置數(shù)X1

7、10 1保持X11X 0保持（但 C0 ）111 1計數(shù) 表 2 四位同步二進制計數(shù)器74LS160的功能表由其功能表可得，當置數(shù)端為0時，輸出全為0。預置數(shù)端為0，當脈沖到達時，計數(shù)器置數(shù)；當置數(shù)和預置數(shù)端都為1，且EP=ET=1時，計數(shù)器進行加法計數(shù)；當EP=0，EP=1時，輸出不變，且RCO=0；當ET=1時，各輸出及RCO都保持不變。 (2) 555定時器應用國產(chǎn)雙極型定時器CB555電路結(jié)構(gòu)圖。它是由比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。 VH是比較器C1的輸入端，v12是比較器C2的輸入端。C1和C2的參考電壓VR1和VR2由VCC經(jīng)三個五千歐電阻

8、分壓給出。在控制電壓輸入端VCO懸空時，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定電壓，則VR1=VCO,VR2=1/2VCO. RD是置零輸入端。只要在RD端加上低電平，輸出端v0便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時必須使RD處于高電平。圖中的數(shù)碼18為器件引腳的編號。 圖6 555定時器邏輯符號555定時器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。<1>電路組成555集成定時器由五個部分組成。1、 基本RS觸發(fā)器：由兩個“與非”門組成2、 比較器：C1、C2是兩個電壓比較器3、 分壓器：阻值均為

9、5千歐的電阻串聯(lián)起來構(gòu)成分壓器，為比較器C1和C2提供參考電壓。4、 晶體管開卷和輸出緩沖器：晶體管VT構(gòu)成開關，其狀態(tài)受端控制。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器G3，其作用是提高定時器的帶負載能力和隔離負載對定時器的影響。圖7. 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖<2> 基本功能當時，輸出電壓為低電平，VT飽和導通。當時，時，時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，Q0，飽和導通。當、時，C1、C2輸出均為高電平，基本RS觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變，因此、VT也保持原來狀態(tài)不變。當、時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，Q1，VT截止。邏輯函數(shù)式Y(jié)= A555定時器功能表【精品文檔】輸 入輸 出閾值輸

10、入(vI1)觸發(fā)輸入(vI2)復位()輸出()放電管T××00導通 11截止10導通1不變不變表3 555定時器邏輯功能表(3) 三極管非門。在一些實用的反向器電路中，為了保證在輸入低電平時三極管可靠地截止，常將電路接成圖的形式。由于接入了電阻R2和負電源VEE,即使輸入的低電平信號稍大于零，也能使三極管的基極為負電位，從而使三極管能可靠地截止，輸出為高電平。當輸入信號為高電平時，應保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于深度飽和的基極電流。 邏輯函數(shù)式Y(jié)= A校時電路所用的芯片是74LS04，如下圖所示

11、：圖8. 74LS04內(nèi)部電路圖功能表如下圖：同理可知其他各非門與04的原理基本相同。其之間最大的區(qū)別在于是幾輸入的。00與03均為雙輸入與非門。12為三輸入20為四輸入。在此就不做過細的介紹了。（4） LED顯示屏LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠、規(guī)格品種全等特點。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設的標志。管腳分別接輸出段的、圖9 七段顯示數(shù)碼管四、功能模塊1555多諧振蕩器組成脈沖發(fā)生器 多諧振蕩器不需要外加輸入信號，只要加上直流電源就能自動輸出相應頻

12、率和寬度的矩形脈沖。由于矩形脈沖含有豐富的高次諧波，所以稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器電路能從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)，變化極其迅速。多諧振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的準確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，通常選用成品振構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。如果精度要求不高也可采用集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器或由集成定時器555與RC組成的多諧振蕩器。參考電路圖如圖所示：通過該電路我們可以得到脈沖為1Hz的秒脈沖。2.計數(shù)譯碼顯示 這一部分采用74LS160實現(xiàn)秒個位、秒十位、分個位、分十位的計數(shù)，其中秒十位和分十位是6進制，秒個位和分個位是10進制。當?shù)谝粋€秒個位計數(shù)器的計數(shù)到9的

13、時候，就發(fā)出一個脈沖給秒十位計數(shù)器電路一個進位信號，當秒十位計數(shù)器到5，秒個位計數(shù)器到9的時候給分個位計數(shù)器電路一個進位信號。如下圖可看出秒個、十位和分個、十位電路圖相同。所有計數(shù)器的顯示均采用DCD-HEX譯碼顯示器。如下圖 圖11，譯碼電路3.計數(shù)器功能。該部分要求就是的最大值為99.我們選用兩片74LS160，通過級聯(lián)的方式組成十進制計數(shù)器。同時其要求通話時長超過三種按一次計數(shù)。故其分別由分個位，分十位引出輸出0011，0000再分別通過一個二輸入與門和四輸入與非門之后，二者的輸出在經(jīng)過74LS00與非之后送入個位芯片的74LS160的CLK端，作為輸入信號。如下圖：該模塊由一個燈泡和一

14、個74LS04非門組成。其輸入信號是74LS12的輸出端輸出的信號，以達到每一分鐘報警一次。如下圖：圖12，報警電路該模塊分別有開關，5V電壓源，電阻組成。構(gòu)成簡單的開關。復位開關四個計時裝置的74LS160清零端相連，而清零裝置與計數(shù)裝置的兩片74LS160芯片的清零端相連。如下圖：圖13開關電路五、總體設計電路圖本電路的工作過程如下：由555定時器組成一個多諧振蕩器，產(chǎn)生周期為1Hz的脈沖，秒脈沖傳給秒個位計數(shù)器的CP脈沖輸入端，從而4位顯示計數(shù)開始工作。 4位顯示計數(shù)的秒個位、分個位都是十進制計數(shù)器（顯示09），秒十位、分十位都是6進制計數(shù)器（顯示05），總共使用4片74LS160實現(xiàn)。

15、 當秒個位計數(shù)器顯示9，秒十位計數(shù)器顯示5的時候給分個位計數(shù)器一個脈沖信號使其進位，同時給報警電路一個脈沖信號，使起報警1秒鐘。 同時當通話時長超過3分鐘時，信號傳輸?shù)接蓛善?4LS160組成的計數(shù)器，計數(shù)一次。最大計數(shù)為99. 當按下清零開關時，所有顯示計數(shù)器得到一個低電平，計數(shù)器清零。 當按下復位開關時的時候，給所有顯示計數(shù)器清零端一個有效低電頻，使其清零。仿真結(jié)果圖如下：經(jīng)仿真測試其結(jié)果均可以實現(xiàn)。設計成功。六、心得體會通過這次簡易公用電話計時器的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于公用電話的原理與設計理念。在此次設計過程中,更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法.這次課程設計使我深刻認識到自己在課本知識與實際應用之間存在的不足，意