简易公用电话计时器分解.ppt

电子技术课程设计 一 意义 要求 综合运用数字电子技术课程所学知识 设计 安装 调试具体的电子线路 写出设计报告 初步了解工程设计实践的一般过程 步骤 初步掌握工程设计一般技能 二 考核形式 考查形式 根据设计过程中各方面情况评定成绩 优 良 中 及格 不及格 三 安排 1 设计 设计方案 画系统图 连线图 2 组装 调试3 总结报告 四 方案介绍 简易公用电话计时器 1 设计任务和基本要求 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 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 基本要求 2 设计方案 电路组成 标准信号源 分频器 3分钟定时器 计数译码显示 声响提醒电路 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 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非常多 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 CMOS 与非门电路及晶体元件组成的多谐振荡器 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 3 2 分频器 由于f0 32768Hz频率较高 为了得到低频信号且又能满足定时要求的脉冲 可采用二进制计数器对f0 进行分频 n位二进制计数器的最高位输出信号的频率fn与计数脉冲频率fcp的关系为 标准信号源和分频器 选择12位异步二进制计数器CD4040 即fCP f0 则CD4040计数器最高位输出频率为 CD4040计数器的功能表 CD4040 8 9 16 Q11 Q5 Q4 Q6 Q3 Q2 Q1 GND Q0 CP Rd Q8 Q7 Q9 Q10 Vcc 3 3 3分钟定时器 该电路是本系统的关键 n位二进制加计数器的输出状态与计数脉冲的个数关系为 因为输入脉冲的周期 定时为3分钟 180秒所需输入脉冲的个数N为 又因为 N D 1440 D 010110100000 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 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CD4040的Cr端为高电平 其输出立即被清零 由于G2 G3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的作用见复位电路 3 4 1 计数电路 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 CD4029 二 十 加 减 可预置的CMOS计数器 3 4 通话次数计数显示电路 0000 1000 0100 1100 0010 1010 0110 1110 0001 1001 0000 CD4029时序图 十进制加法 3 4 2 译码显示电路 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 LED共阳显示器 接R是限流电阻 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200欧 500欧 在5V电源下 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分钟定时电路和通话次数计数电路均被清零 当S 复位开关 按下时 5V电源同时加到3分钟定时器的清零端和通话计数器的置数端 使其强迫清零 但由于二极管D1的存在 5V电源加不到门电路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 3 6 声响提醒电路 该电路的主要功能是每到一个3分钟时间 提醒通话者一下 提醒时间为5秒钟 此功能可用单稳态触发器加多谐振荡器完成 利用555定时器组成的电路如图所示 根据定时时间的要求 可确定电阻R1 电容C1的值 T0 5秒 取C1 10uF 可得R1 4 7KW 取振荡频率f 500Hz R2 200W C2 0 1uF 4 事先设计 1 画出电路的系统图 将图5 6 2 5 6 3 5 6 4 5 6 5 综合画在一张图中 2 画出电路中各个组成部分的连线图 每组一份 5 组装 调试方法 1 组装 原材料 数字集成器件 电阻 电容 晶体 按键 导线代替 若干导线 面包板 总体布局 公共的电源线 红线 地线 黑线 全部连通 TTL与CMOS集成电路均采用 5V电源电压供电 布局合理 工艺 整齐 美观 简洁 可靠 导线尽量短 平直 红色 第一位数字 紫色 第二位数字 橙色 乘数 金色 允许误差 固定式电阻色标法 标称值27KW 允许偏差 5 见P226 6 调试 分块调试 振荡 分频 计数 译码 显示 复位 调试手段 从LED显示器查看结果 万用表测试状态 示波器观察波形 常见故障 接线错误 接触不良 元件损坏 查找方法 观察法 检查接线 发现错误 测试法 万用表电阻档测试两点之间是否接通 直流电压档测试电源电压是否加上 输出电平是否正确 示波器测试各点波形是否正确 替换法 同种元器件相互替换 以证明是否损坏 2调试要点 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 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 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 可把示波器扫描速度开关打在 扫描停止 档 观察光点的变化 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 显示电路是否正常工作 声响提醒电路调试首先调试多谐振荡器 将第二片555定时器的4脚接高电平 用示波器观察输出波形 然后将3分钟定时脉冲输出到第一片555定时器组成的单稳态触发器中 同时将第二片555的4脚接到单稳态触发器的输出端 用示波器观察输出波形的变化或用扬声器监听 7 注意问题 1 安全 人身安全 仪器安全 元件安全 避免以下几种情况 电源接反或过大 带电操作 管脚断裂 插 拔方法不得当 集成元件输出端直接接地 接电源 相并 2 妥善保管元件 工具 元件 每组一套 清单见后 工具 每组一套 清单见后 元件损坏 经确认后可以以旧换新 张老师 工具丢失 赔偿原物 仪器定位 不能带出实验室 3 独立完成 每组同学需分工合作 同心协力 独立完成任务 教