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数电课程设计简易公用电话计时器.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.54M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    ****大学大学 **** 电子技术课程设计报告 简易公用电话计时器 姓 名： *** 学 号： ************ 专业班级： ************ 指导老师： 所在学院：电气工程与自动化学院 2008 年 6 月 10 日
    河南理工大学本科课程设计报告 1 摘要 本设计是用中小规模集成电路设计一个公用电话计时系统。通过本设计使其完 成一下几项基本功能：每 3 分钟计时一次；显示通话次数，最多为 99 次；每次定时 误差小于 1 秒；具有手动复位功能；具有声响提醒功能。 本设计主要有标准信号源，分频器，3 分钟定时器，计数器译码显示，声响提 醒等电路组成，其工作原理为：当按下复位按键时，复位电路保证 3 分钟电路及二 位十进制计数器同时清零，此时电话通话次数为零。当松开复位按键时，计时开始， 3 分钟定时器的功能时每三分钟输出一个脉冲，该脉冲被送到计数译码器显示电路， 便显示出通话次数；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。该设计分频器，3 分钟定时器主要由 12 位异步二进制计数器/分 频器 CD4040 来实现，通话次数计数器显示电路由二位十进制计数器完成，采用中规 模集成计数器 CD4029，74LS47 组成。声响提醒电路由 555 集成电路完成。
    河南理工大学本科课程设计报告 2 目录 1 设计任务与基本要求……………………………………………………………………3 1.1 设计任务……………………………………………………………………………3 1.2 基本要求……………………………………………………………………………3 2 系统总体方案……………………………………………………………………………4 2.1 系统工作原理………………………………………………………………………4 2.2 系统设计框图………………………………………………………………………4 3 单位电路模块设计………………………………………………………………………5 3.1 标准信号源…………………………………………………………………………5 3.2 分频器………………………………………………………………………………6 3.3 分钟定时器…………………………………………………………………………6 3.4 通话次数计数器显示电路…………………………………………………………7 3.5 复位电路……………………………………………………………………………9 3.6 声响提醒电路………………………………………………………………………9 4 调试要点………………………………………………………………………………12 4.1 标准信号源调试…………………………………………………………………12 4.2 3 分钟信号测量………………………………………………………………… 12 4.3 计数显示电路调试………………………………………………………………12 4.4 声响提醒电路调试………………………………………………………………12 6 课程设计体会…………………………………………………………………………13 7 参考文献………………………………………………………………………………14 附：总电路图……………………………………………………………………………15
    河南理工大学本科课程设计报告 3 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。 本设计主要有标准信号源，分频器，3 分钟定时器，计数器译码显示，声响提醒等 电路组成，其工作原理为：当按下复位按键时，复位电路保证 3 分钟电路及二位十进制 计数器同时清零，此时电话通话次数为零。当松开复位按键时，计时开始， 3 分钟定时 器的功能时每三分钟输出一个脉冲，该脉冲被送到计数译码器显示电路，便显示出通话 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。 该设计分频器，3 分钟定时器主要由 12 位异步二进制计数器/分频器 CD4040 来实现，通 话次数计数器显示电路由二位十进制计数器完成，采用中规模集成计数器 CD4029，74LS47 组成。声响提醒电路由 555 集成电路完成。
    河南理工大学本科课程设计报告 4 2.系统总体方案 2.1 工作原理 当按下抚慰按键时，复位电路保证 3 分钟电路及二位十进制计数器同时清零，此时 电话通话次数为零。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的 f0=8Hz 脉冲输入 3 分钟定时器，选用 f0=8Hz 的原 因时考虑到设计要求定时精度所选定的。3 分钟定时器的功能时每三分钟输出一个脉冲， 该脉冲被送到计数译码器显示电路，便显示出通话次数；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 系统设计框图 如图 1 为该计时器的工作框图，主要有标准信号源，分频器，3 分钟定时器，计数 器译码显示，声响提醒等电路组成。 图 1. 计时器的工作框图
    河南理工大学本科课程设计报告 5 3.单位电路模块设计 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频率的信号如图 2 所示，晶振 的标称频率为 32768Hz。 由于石英晶体的选频特性非常好，只有其串联谐振频率的信号才最容易通过，而其 他频率会被晶体大大衰减，所以电路在满足震荡的条件下，其输出频率仅取决于晶体的 标称频率，与其他原件参数无关。电路中的电阻 R 是保证 G1 门工作在线性状态而加入 的，电容 C 抑制告辞谐波，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 标准信号源电路及分频器
    河南理工大学本科课程设计报告 6 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。 CD4040 是由 12 个 T 型触发器组成的串行二进制计数器/分频器。复位端高电平有效，2 个输入端，一个是时钟 CP，一个是复位清零端，有 12 个分频输出端 Q1-Q12,最大分频系 数为 212=4096。 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 f12=f0=fcp/212=8Hz 电路如图 2，CR 为清零端。 表 1 CD4040 功能表 输入 输出 CP   X CR L L H 不变 进入下一状态 全部输出为 L 3.3 3 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 4 所示，当 CD4040 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
    河南理工大学本科课程设计报告 7 脉冲。二极管 D1 的作用见 图 6.复位电路。 图 4 三分钟定时电路 3.4 通话次数计数器显示电路 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。 译码器选用 OC 门输出的七段显示译码器 74LS47，显示器采用共阳极七段 LED 数码 管。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）。 CD4029 通过控制输入端可构成二进制或者 BCD 计数器，它有 3 个控制端，即二进制/十 进制转换 B/D，加/减转换 U/D 和预置数 LD，另外它还有 4 个置数端 D0-D3,4 个输出端 Q0-Q3,脉冲输入端 CP，进位输入端 CI ,进位输出端 CO 。CD4029 具有优先进位功能的 四位二/十进制加/减计数器，进位功能可以根据加法和减法或者二进制和十进制来确定 CP 上升沿进行计数。 电路如图 4 所示。由于 CD4029 无清零端，实现复位功能需要置数清零。译码器选用 OC 门输出的七段显示译码器 74LS47，显示器采用共阳极七段 LED 数码管。其中 R 是限流 电阻，即当 74LS47 输出为低电平时，流入 74LS47 的灌电流增大；如果 R 过大，则 LED 数码管太暗。一般 R 选择 200Ω-500Ω （在 5V 电源下）。
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