电子技术课程设计报告-简易公用电话计时器

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1、山东大学电子技术课程设计报告简易公用电话计时器姓名：学号：同组者：专业班级：所在学院：2012年月日1.设计任务与基本要求1.1设计任务：用中小规模集成电路设计一个公用电话计时系统。1.2基本要求：1)每3分钟计时一次。2)显示通话次数，最多为99次。3)每次定时误差小于1秒。4)具有手动复位功能。5)具有声响提醒功能。2.系统总体方案2.1工作原理：当按下复位按键时，复位电路保证3分钟电路及计数器同时清零，此时显示通话次数为零。当松开复位按键时，计时开始，此时由标准信号发生器产生的f0′=32768Hz信号经过十二级分频得到f0=8Hz的脉冲输入3分

2、钟定时器。3分钟定时器的功能是每3分钟输出一个脉冲，该脉冲被送到计数译码显示电路，便可显示出通话次数；同时该脉冲被送到声响提醒电路，可控制声响时间及声调，实现声响提醒功能。。2.2系统设计原理框图如图1为该计时器的工作原理框图，主要有标准信号源，分频器，3分钟定时器，计数器，译码显示等电路组成。图1.计时器的工作原理框图3.电路设计3.1标准信号源产生脉冲信号的电路很多，例如由集成门电路构成的多谐振荡器，由555定时器组成的方波发生器等。由于该标准信号源要求频率稳定性及输出信号精度比较高，故采用由CD4011与非门（CMOS）电路及晶体原件组成的多谐振

3、频率的信号如图2.1所示，晶振的标称频率为32768Hz。电路中的电阻R是保证G1非门工作在线性状态，电容C抑制高次谐波，以保证输出频率稳定。G3门是为了改善输出波形质量，增加带负载能力而加入的缓冲级图2.1标准信号源图2.2标准信号源电路及分频器3.2分频器由于f=32768Hz频率比较高，为了得到低频信号且又能满足定时要求的脉冲，可采用CD4040二进制计数器/分频器进行分频。n位二进制计数器的最高位输出信号的频率fn与计数器脉冲频率fcp的关系为fn=fcp/2n。现选择12位异步二进制计数器CD4040，则CD4040计数器最高位输出频率为f1

4、2=f0=fcp/212=8（Hz）。电路如图2.2，CR为清零端。表1CD4040计数器的功能表：输入输出Rd（Cr）0不变0计数X1清零3.33分钟定时器该电路是本系统的关键。n位二进制计数器的输出状态与计数脉冲的个数关系为：(N)D=2n-1Qn-1+2n-2Qn-2+……+20Q0因为输入脉冲的周期T0=1/f0定时为3分钟=180秒所需要的输入脉冲的个数N为：N=180/T0=180f0=1440个又因为(N)D=(1440)D=(10110100000)B即要求计数器的模等于1440，利用反馈清零法，可设计出该电路。如图3.3所示，当CD4

5、040累计到1440个脉冲时，G1输出为1，G2输出为0，G3被置为1。一旦4040的CR端为高电平，其输出立即被清零，由于CR组成的触发器具有记忆功能，故G3输出不变，当f0上升沿到来时，G3输出为0，CD4040的清零信号解除。可见G3输出的信号fT是周期为3分钟，输出高电平为1/16秒的窄脉冲。二极管D1的作用见图6.复位电路。图3.3三分钟定时电路3.4译码显示电路该电路由二位十进制计数器完成，可采用中规模集成计数器CD4029组成。译码——将计数器的8421码转变为显示控制信号。显示——显示计时情况。译码器选用OC门输出的七段显示译码器74L

6、S47，显示器采用共阳极七段LED数码管。电路如图3.4所示，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小于74LS47的最大允许灌电流。若R过小，流入74LS47的灌电流增大；若R过大，则LED数码管太暗。一般R选择200W～500W（在5V电源下）。图3.4译码显示电路3.5复位电路根据设计要求，在每次通话之前一定要清零。当复位按键按下时，3分钟定时电力和通话次数计数电路均被清零。如图3.5所示。当S（复位开关）按下时，+5V电源同时加到2分钟定时器的清零端和通话次数的指数段，使其强迫清零。但由于二极管D1的存在，+5V电

7、源加不到门电路CD4001的输出端，避免了CD4001的损坏。另外。由于D2的作用，使得3分钟定时脉冲仅能加到3分钟定时器的清零端和通话次数计数器的计数脉冲输入端，而传送不到通话次数计数器的置数端上来，从而实现了正常的计数。图3.5复位电路4.调试要点4.1．标准信号源调试利用示波器观察振荡器输出波形是否正确。若用万用表直流量程测量其输出，应为2.5V左右输出。然后用示波器观察分频器CD4040的Q11端输出，检验是否有8Hz信号输出。4.2．3分钟信号测量3分钟定时信号脉冲输出高电平时间极短，故利用示波器测量时，把示波器扫描速度开关打在“扫描停止”档

8、，观察光点的变化。4.3．计数显示电路调试首先外加入1Hz左右的脉冲信号，观察计数器、译码、显