1、 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：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。最大計數為99 5可對通話次數手動清零。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，使器件具有所規定的邏輯功能。 3. 安裝調試所設計的電路

2、，使之達到技術指標要求。 4.對實驗結果進行分析記錄。二、總體框圖 1.該簡易公用電話計時器總體框圖如下： 圖1.簡易公用電話計時器總體框圖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電路，分別為秒個位、秒十位、分個位、分十位。計數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。另外需要設計電話的手動開關，即模擬打

3、電話和掛電話的過程。同時其要求超過三分鐘按一次計數。及要求有計數功能。最大計數為99故需要添加一個二位計數電路。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）秒脈沖發生器模塊本實驗選用555計時器組成多諧振蕩器發出的脈沖，從而獲得1HZ的秒脈沖。電路圖如下圖所示： 圖2.秒脈沖發生器（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進制計數器。秒、分個位均為十進制，即顯示09.秒、分十位為6進制計數器，顯示05、 圖3.譯碼顯示模塊（3）手動復位模塊該部分有一個開關和串聯電阻以及一個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

4、個燈泡來實現該電路的報警功能。（5）通話計數模塊該部分用倆片74LS160芯片來實現起最大計數為99的功能要求。（6）計數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其要求。三、選擇器件74LS160十進制加法計數器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1.4K歐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）7

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

6、G19的輸出始終是1，所以FF0-FF1輸入端J、K的狀態由D0-D3的狀態決定。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，所以CP信號到達時它們保持原來的狀態不變。同時C的狀態也得到保持。如果ET=0、則EP不論為何狀態，計數器的狀態也保持不變，但這時進位輸出C等于0。當RC=LD=EP=ET=1時，電路工作在計數狀態。從電路的0000狀態開始連續輸入16個計數脈沖時，電路將從1111的狀態返回0000的狀態，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X0XX X

7、置零10X X預置數X110 1保持X11X 0保持（但 C0 ）111 1計數 表 2 四位同步二進制計數器74LS160的功能表由其功能表可得，當置數端為0時，輸出全為0。預置數端為0，當脈沖到達時，計數器置數；當置數和預置數端都為1，且EP=ET=1時，計數器進行加法計數；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定時器應用國產雙極型定時器CB555電路結構圖。它是由比較器C1和C2，基本RS觸發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

8、由VCC經三個五千歐電阻分壓給出。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的影響。正常工作時必須使RD處于高電平。圖中的數碼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，就可以方便地構成脈沖產生和整形電路。<1>電路組成555集成定時器由五個部分組成。1、 基本RS觸發器：由兩個“與非”門組成2、 比較器：C1、C2是兩個電壓比較

9、器3、 分壓器：阻值均為5千歐的電阻串聯起來構成分壓器，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構成開關，其狀態受端控制。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定時器內部結構圖<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觸發器保持原來狀態不變，因此、VT也保持原來狀態不變。當、時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，Q1，VT截止。邏輯函數式Y= A555定時器功能表輸 入

10、輸 出閾值輸入(vI1)觸發輸入(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，以使輸出電平接近于零。為此，電路參數的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于深度飽和的基極電流。 邏輯函數式Y= A校時電路所用的芯片是74LS04

11、，如下圖所示：圖8. 74LS04內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顯示屏是由發光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅動，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，已經成為城市信息現代化建設的標志。管腳分別接輸出段的、圖9 七段顯示數碼管四、功能模塊1555多諧振蕩器組成脈沖發生器 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

12、動輸出相應頻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翻轉到另一種狀態，變化極其迅速。多諧振蕩器的穩定度及頻率的準確度決定了數字鐘計時的準確程度，通常選用成品振構成振蕩器電路。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： 圖10.秒脈沖發生器通過該電路我們可以得到脈沖為1Hz的秒脈沖。2.計數譯碼顯示 這一部分采用74LS160實現秒個位、秒十位、分個位、分十位的計數，其中秒十位和分十位是6進制，秒個位和分個位是10進制

13、。當第一個秒個位計數器的計數到9的時候，就發出一個脈沖給秒十位計數器電路一個進位信號，當秒十位計數器到5，秒個位計數器到9的時候給分個位計數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，通過級聯的方式組成十進制計數器。同時其要求通話時長超過三種按一次計數。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，二者的輸出在經過74LS00與非之后送入個位芯片的74LS160的CLK端，作為輸入

14、信號。如下圖：4.報警功能模塊該模塊由一個燈泡和一個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5.手動復位和清零模塊該模塊分別有開關，5V電壓源，電阻組成。構成簡單的開關。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，產生周期為1Hz的脈沖，秒脈沖傳給秒個位計數器的CP脈沖輸入端，從而4位顯示計數開始工作。 4位顯示計數的秒個位、分個位都是十進制計數器（顯示09），秒十

15、位、分十位都是6進制計數器（顯示05），總共使用4片74LS160實現。 當秒個位計數器顯示9，秒十位計數器顯示5的時候給分個位計數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，信號傳輸到由兩片74LS160組成的計數器，計數一次。最大計數為99. 當按下清零開關時，所有顯示計數器得到一個低電平，計數器清零。 當按下復位開關時的時候，給所有顯示計數器清零端一個有效低電頻，使其清零。仿真結果圖如下：圖14.總體電路經仿真測試其結果均可以實現。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構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