簡(jiǎn)易公用電話計(jì)時(shí)器

簡(jiǎn)易公用電話計(jì)時(shí)器

1、設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求

用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)公用電話計(jì)時(shí)系統(tǒng)，基本要求如下：

·每3分鐘計(jì)時(shí)一次。

·顯示通話次數(shù)，最多為99次。

·每次定時(shí)誤差小于1秒。

·具有手動(dòng)復(fù)位功能。

·具有聲響提醒功能。

2、設(shè)計(jì)方案原理框圖主要有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源、分頻器、3分鐘定時(shí)器、計(jì)數(shù)譯碼顯示、聲響提醒等電路組成。其工作原理為：當(dāng)按下復(fù)位按鍵時(shí)，復(fù)位電路保證3分鐘電路及二位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器同時(shí)清零，此時(shí)顯示通話次數(shù)為零。當(dāng)松開復(fù)位按鍵時(shí)，計(jì)時(shí)開始，此時(shí)由標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的

f0′=32768Hz信號(hào)經(jīng)過十二級(jí)分頻得到f0=8Hz的脈沖輸入3分鐘定時(shí)器，選用f0=8Hz的原因是考慮到設(shè)計(jì)要求定時(shí)精度所選定的。3分鐘定時(shí)器的功能是每3分鐘輸出一個(gè)脈沖，該脈沖被送到計(jì)數(shù)譯碼顯示電路，便可顯示出通話次數(shù)；同時(shí)該脈沖被送到聲響提醒電路，可控制聲響時(shí)間及聲調(diào)，實(shí)現(xiàn)聲響提醒功能。3、電路設(shè)計(jì)

3.1．標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源產(chǎn)生脈沖信號(hào)的電路非常多，例如由集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器、由555定時(shí)器組成的方波發(fā)生器等。由于該標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源要求頻率穩(wěn)定性及輸出信號(hào)精度比較高，故采用由CD4011與非門（CMOS）電路及晶體元件組成的多諧振蕩器如圖所示。晶振的標(biāo)稱頻率為32768Hz。電路中的電阻R是保證G1門工作在線性狀態(tài)而加入的，電容C抑制高次諧波，以保證輸出頻率穩(wěn)定。G3門是為了改善輸出波形質(zhì)量，增加帶負(fù)載能力而加入的緩沖級(jí)。3.2．分頻器

由于f0′=32768Hz頻率比較高，為了得到低頻信號(hào)且又能滿足定時(shí)要求的脈沖，可采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)f0′進(jìn)行分頻。n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的最高位輸出信號(hào)的頻率fn與計(jì)數(shù)脈沖頻率fcp的關(guān)系為?，F(xiàn)選擇12位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4040，且令fCP=f0′，則CD4040計(jì)數(shù)器最高位輸出頻率為

:CD4040計(jì)數(shù)器的功能表：輸入輸出CPRd↑0不變↓0計(jì)數(shù)X1清零CD40408916Q12Q6Q5Q7Q4Q3Q2GNDQ1CPRdQ9Q8Q10Q11Vcc3.3．3分鐘定時(shí)器

該電路是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)與計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)關(guān)系為：

因?yàn)檩斎朊}沖的周期，則定時(shí)為3分鐘=180秒所需輸入脈沖的個(gè)數(shù)N為：又因?yàn)椋∟）D=（1440）D=（10110100000）B即要求計(jì)數(shù)器的模等于1440，利用反饋清零法，可設(shè)計(jì)出該電路

.當(dāng)CD4040累計(jì)到1440個(gè)脈沖時(shí)，G1輸出為1，G2輸出為0，G3被置為1。一旦CD4040的Cr端為高電平，其輸出立即被清零，由于G2、G3組成的觸發(fā)器具有記憶功能，故G3輸出不變。當(dāng)f0上升沿到來(lái)時(shí)，G3輸出為0，CD4040的清零信號(hào)解除。可見G3輸出的信號(hào)fT是周期為3分鐘，輸出高電平為1/16秒的窄脈沖。二極管D1的作用見復(fù)位電路。3.4．通話次數(shù)計(jì)數(shù)顯示電路該電路由二位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成，可采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器CD4029組成。

譯碼器選用OC門輸出的七段顯示譯碼器74LS47，顯示器采用共陽(yáng)極七段LED數(shù)碼管。其中R是限流電阻，即當(dāng)74LS47輸出為低電平時(shí)，流入其輸出端電流要小于74LS47的最大允許灌電流。若R過小，流入74LS47的灌電流增大；若R過大，則LED數(shù)碼管太暗。一般R選擇200W～500W（在5V電源下）。3.5．復(fù)位電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在每次通話之前一定要清零。當(dāng)復(fù)位按鍵按下時(shí)，3分鐘定時(shí)電路和通話次數(shù)計(jì)數(shù)電路均被清零。

當(dāng)S（復(fù)位開關(guān)）按下時(shí)，+5V電源同時(shí)加到3分鐘定時(shí)器的清零端和通話計(jì)數(shù)器的置數(shù)端，使其強(qiáng)迫清零。但由于二極管D1

的存在，+5V電源加不到門電路CD4001的輸出端，避免了CD4001的損壞。

另外，由于D2的作用，使得3分鐘定時(shí)脈沖僅能加到3分鐘定時(shí)器的清零端和通話次數(shù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖輸入端，而傳送不到通話次數(shù)計(jì)數(shù)器的置數(shù)端上來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了正常的計(jì)數(shù)。3.6．聲響提醒電路

該電路的主要功能是每到一個(gè)3分鐘時(shí)間，提醒通話者一下，提醒時(shí)間為5秒鐘。

實(shí)現(xiàn)此功能可用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器加多諧振蕩器完成。利用555定時(shí)器組成的電路如圖所示。

根據(jù)定時(shí)時(shí)間的要求，可確定電阻R1、電容C1的值。

∵，T0=5秒，取C1=10uF，可得R1=4.7KW。取振蕩頻率f=500Hz，R2=200W，C2=0.1uF。4、調(diào)試要點(diǎn)

4.1．標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源調(diào)試?yán)檬静ㄆ饔^察振蕩器輸出波形是否正確。若用萬(wàn)用表直流量程測(cè)量其輸出，應(yīng)為2.5V左右輸出。然后用示波器觀察分頻器CD4040的Q11端輸出，檢驗(yàn)是否有8Hz信號(hào)輸出。4.2．3分鐘信號(hào)測(cè)量由于3分鐘定時(shí)信號(hào)脈沖輸出高電平時(shí)間極短，故利用示波器測(cè)量時(shí)，可把示波器掃描速度開關(guān)打在“掃描停止”檔，觀察光點(diǎn)的變化。

4.3．計(jì)數(shù)顯示電路調(diào)試首先外加入1Hz左右的脈沖信號(hào)，觀察計(jì)數(shù)器、譯碼、顯示電路是否正常工作。4.4．聲響提醒電路調(diào)試