簡易公用電話計時器

簡易公用電話計時器

1、設計任務和基本要求

用中、小規(guī)模集成電路設計一個公用電話計時系統(tǒng)，基本要求如下：

·每3分鐘計時一次。

·顯示通話次數，最多為99次。

·每次定時誤差小于1秒。

·具有手動復位功能。

·具有聲響提醒功能。

2、設計方案原理框圖主要有標準信號源、分頻器、3分鐘定時器、計數譯碼顯示、聲響提醒等電路組成。其工作原理為：當按下復位按鍵時，復位電路保證3分鐘電路及二位十進制計數器同時清零，此時顯示通話次數為零。當松開復位按鍵時，計時開始，此時由標準信號發(fā)生器產生的

f0′=32768Hz信號經過十二級分頻得到f0=8Hz的脈沖輸入3分鐘定時器，選用f0=8Hz的原因是考慮到設計要求定時精度所選定的。3分鐘定時器的功能是每3分鐘輸出一個脈沖，該脈沖被送到計數譯碼顯示電路，便可顯示出通話次數；同時該脈沖被送到聲響提醒電路，可控制聲響時間及聲調，實現(xiàn)聲響提醒功能。3、電路設計

3.1．標準信號源產生脈沖信號的電路非常多，例如由集成門電路構成的多諧振蕩器、由555定時器組成的方波發(fā)生器等。由于該標準信號源要求頻率穩(wěn)定性及輸出信號精度比較高，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量，增加帶負載能力而加入的緩沖級。3.2．分頻器

由于f0′=32768Hz頻率比較高，為了得到低頻信號且又能滿足定時要求的脈沖，可采用二進制計數器對f0′進行分頻。n位二進制計數器的最高位輸出信號的頻率fn與計數脈沖頻率fcp的關系為?，F(xiàn)選擇12位異步二進制計數器CD4040，且令fCP=f0′，則CD4040計數器最高位輸出頻率為

:CD4040計數器的功能表：輸入輸出CPRd↑0不變↓0計數X1清零CD40408916Q12Q6Q5Q7Q4Q3Q2GNDQ1CPRdQ9Q8Q10Q11Vcc3.3．3分鐘定時器

該電路是本系統(tǒng)的關鍵。n位二進制計數器的輸出狀態(tài)與計數脈沖的個數關系為：

因為輸入脈沖的周期，則定時為3分鐘=180秒所需輸入脈沖的個數N為：又因為（N）D=（1440）D=（10110100000）B即要求計數器的模等于1440，利用反饋清零法，可設計出該電路

.當CD4040累計到1440個脈沖時，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f0上升沿到來時，G3輸出為0，CD4040的清零信號解除?？梢奊3輸出的信號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的作用見復位電路。3.4．通話次數計數顯示電路該電路由二位十進制計數器完成，可采用中規(guī)模集成計數器CD4029組成。

譯碼器選用OC門輸出的七段顯示譯碼器74LS47，顯示器采用共陽極七段LED數碼管。其中R是限流電阻，即當74LS47輸出為低電平時，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數碼管太暗。一般R選擇200W～500W（在5V電源下）。3.5．復位電路根據設計要求，在每次通話之前一定要清零。當復位按鍵按下時，3分鐘定時電路和通話次數計數電路均被清零。

當S（復位開關）按下時，+5V電源同時加到3分鐘定時器的清零端和通話計數器的置數端，使其強迫清零。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分鐘定時脈沖僅能加到3分鐘定時器的清零端和通話次數計數器的計數脈沖輸入端，而傳送不到通話次數計數器的置數端上來，從而實現(xiàn)了正常的計數。3.6．聲響提醒電路

該電路的主要功能是每到一個3分鐘時間，提醒通話者一下，提醒時間為5秒鐘。

實現(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定時器組成的電路如圖所示。

根據定時時間的要求，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、調試要點

4.1．標準信號源調試利用示波器觀察振蕩器輸出波形是否正確。若用萬用表直流量程測量其輸出，應為2.5V左右輸出。然后用示波器觀察分頻器CD4040的Q11端輸出，檢驗是否有8Hz信號輸出。4.2．3分鐘信號測量由于3分鐘定時信號脈沖輸出高電平時間極短，故利用示波器測量時，可把示波器掃描速度開關打在“掃描停止”檔，觀察光點的變化。

4.3．計數顯示電路調試首先外加入1Hz左右的脈沖信號，觀察計數器、譯碼、顯示電路是否正常工作。4.4．聲響提醒電路調試