手机通话计时器

1、沈阳航空航天大学课 程 设 计（说明书）手机通话计时器的设计班级 / 学号 94070102-070 学 生 姓 名 张 远 康 指 导 教 师 胡 爱 玲 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 电子技术综合课程设计 院（系） 自动化学院 专业 测控技术与仪器 班级 94070102 学号 2009040701070 姓名 张 远 康 课程设计题目 手机通话计时器的设计 课程设计时间: 2011 年 12 月 19 日 至 2012 年 1 月 1 日课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个用来记录手机通话时间的电路，技术指标如下：记录时间以分钟为单位，最大到9

2、9分钟；计时采取向上进位原则，即每次计时不到整分的时间部分，按1分钟计；可以间断计时，且计时能够累加；自己设计秒计数器；计时结果用四位数码管显示。二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2. 陈光明等主编电子技术课程设计与综合实训M北京：北京航空航天大学出版社，2007年3. 戴伏生主编基础电子电路设计与实践M北京

3、：国防工业出版社，2002年4. 谭博学主编集成电路原理与应用M北京：电子工业出版社，2003年5. 华满清主编电子技术实验与课程设计M北京：机械工业出版社，2005年6. 阎石主编数字电子技术基础M北京：高等教育出版社，2008年7. 谢自美主编电子线路设计·实验·测试M武汉：华中科技大学出版社，2006年五、按照要求撰写课程设计报告指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日成绩评定表评语、建议或需要说明的问题：指导教师签字： 日期：成 绩一、概述随着科技的不断进步，手机对大家来说已不再陌生，然而，人们所关心的问题无非是通话问题，其中，通话时间将直接影响

4、众多手机用户的切身利益，这时就涉及到计时器的设计。本次课题便是基于手机通话计时器的设计。其实现的功能是：用数码管显示实时通话时间 ， 最长通话时间99分钟，当电话挂断时，秒位没记足60秒的按一分钟记，即实现进位功能，并且可以实现间断和累加计时。 二、方案论证设计一个手机通话计时器，能够显示手机实时通话时间，并在通话时间不足60秒时实现分钟进位，四位数码管分别显示分位和秒位，最大计时99分钟。方案一：该方案采用555定时器构成的多谐振荡器作为脉冲波形发生电路，将波形频率设置为1HZ，提供给计数器74ls160作为时钟信号，实现计数功能 。同时添加适当的控制门电路，利用计数器的同步预置数功能实现分

5、位的进位，最终由四位数码管显示通话时间。 该电路设置三个控制开关，分别用来控制计数器的暂停，清零和挂断 ，并且可以实现间断和累加计时。 原理框图如图1所示。秒计数器555 时钟电路直流稳压电源 进位控制门电路分计数器数码管显示图1 方案一电路的原理框图方案二：本方案采用滞回比较器构成的矩形波发生电路，选取适当的电阻和电容值，构成周期位1秒的脉冲信号，送给计数器的时钟信号端。选择适宜的门电路，利用全加器加1或0，以及计数器预置数，全加器的输入端与分位计时器的输出端相连，输出端连接分位的输入端，用开关控制分位的进位，当开关按下时，通过判别秒位状态来决定全加器加1或0，使得当电话挂断时分位进位，秒位

6、清零。原理框图如图2所示 矩形波电路直流稳压电路 控制门电路全 加 器计 数 器数 码 管 显 示图2 方案二电路的原理框图本设计采用的是方案一，555构成多谐振荡电路较容易实现且电路不复杂，常用的门电路用于进位，省去了滞回比较器和全加器带来的麻烦，且性价比较高。三、电路设计1.直流稳压电源电路其方框图及原理图如图3和图4所示。 稳压电路滤波电路整流电路电源变压器220V 50HZ 图3 电源电路的原理框图 电源采用220V交流电经变压器降压，利用全波整流、电容滤波电路以及稳压芯片7805，将电源电压稳定在5V，如图4所示。图中二极管D2是对7805的过流保护作用，滤波电容C3应选用电解电容，

7、其值较大，起充放电作用，电阻R5用于电容的放电。图4 电源电路的原理图2. 时钟发生电路 该电路由555定时器构成，利用电容C1的充放电，形成矩形脉冲，电路原理图如图5所示。 图5 时钟电路的原理图电路原理：开启电源后输出为低电平，电容C1通过R3和R4开始充电，充到1/3Vcc时，输出上升为高电平，电容继续充电，直到2/3Vcc时，输出又降为低电平，电容向R3放电，放到1/3Vcc时，又开始充电，一直循环，就形成了脉冲。充电时间t1=（R2+R3）* C1ln2，放电时间t2=R4* C1ln2，波形周期T=t1+t2=(R3+2R4)C1ln2，占空比q=（R3+R4）/(R3+2R4)。

8、,要使周期T为1秒，选取电容C1=10uF，R3=R4，根据公式T =(R3+2R4)C1ln2，则有R3=R4=48k。由于脉冲的占空比对计时器影响不大，因此这里只输出矩形波，且48k电阻不存在，因而选用47.5k电阻即可。 3. 计数及进位电路 经分析可知，本课题需要设计两个计数器电路，分别用于秒计数和分计数。秒计数器应设计成60进制，分计数器应设计成100进制。这里选用较常用的计数芯片74ls160，用四片计数，计数器之间用常规门电路连接起来，秒位由0到59之间计数，当计到59秒时，秒位计数芯片进位输出端ECO为高电平，将其连接到分位计数器的使能端EP/ET，使得当下一脉冲到来时分位进位

9、，同时利用同步预置数将秒位清零。然而这样还不能实现电话挂断后分位进位的功能，因此进位电路还待改进。本方案采用三个开关电路，分别实现暂停、清零和挂断功能。其中，暂停和清零较为简单，只需用开关控制时钟信号的输入，便可中断服务，将计数器异步清零端接地，便可实现清零功能。核心内容还是如何实现分位的进位，这便是第三个开关的作用了。这里依然采用置数法对秒位清零，进位是由分计数器的使能端EP/ET决定的。由上面的分析可知，进位、置数与否要受秒位和开关的控制，下面给出电路设计过程。1）逻辑抽象如图6为开关电路 图6 开关电路的原理图当开关闭合时，S为低电平0，表示电话挂断；断开为高电平1，表示正常工作；记A和

10、B为秒位状态，其中，A用来判断秒位是否为0，其逻辑表达式为秒位的或运算，B用来判断秒位是否为59，即：A=Q00+Q01+Q02+Q03+Q10+Q11+Q12+Q13 =(Q00+Q01)')'+(Q02+Q03)')'+(Q10+Q11)')'+(Q12+Q13)')' =(Q00+Q01)'* (Q02+Q03)'* (Q10+Q11)'* (Q12+Q13)')'B'=(Q00 * Q03 * Q10 * Q12) ' （Q00，Q01，Q02，Q03，Q10，Q11

11、，Q12，Q13 为74160秒位输出端的八个引脚） 于是，秒位状态判别电路如图7所示： 图7 秒位状态判别电路原理图它们的逻辑电平如表1所示：表1 秒位状态逻辑电平转换表秒位状态 逻 辑 电 平 AB000158105911由表1可知，当A为0时，B不可能为1，因此A'B为无关项，即约束项，如SA'B，S'A'B均为无关项。在逻辑表达式中，可适当添加无关项，以化简表达式。2）列真值表用EP/ET表示分位的使能端，高电平有效。用LD'表示秒位的清零端，低电平有效。EP/ET和LD'受三个输入端的控制，即S、A、B。对照他们各自表示的物理意义，可列

12、出真值表，如表2所示：表2 进位电平真值表SAB EP/ET LD'00000001x0010100111010001101x011001111103）写出逻辑表达式a)E=S'AB'+S'AB+SAB b) LD'=SAB'+SA'B' =S'A+SAB =SB' 注意到SA'B，S'A'B均为无关项 ，因而有： E=S'A+SAB+SA'B+S'A'B =S'A+SAB+AB+A'B =(S'A)'*B')'

13、所以，进位电路如如图8所示： 图8 进位电路原理图4. 数码管显示电路显示部分采用四位数码管，两个数码管显示秒位，由0到59变化，另两个显示分钟，由0到99之间变化，因此最大显示时间为99分59秒。由于计数器74ls160输出只有四位，而一般数码管是由七段led组成，因此，要使数码管正确显示时间，还需将计数器的四位二进制输出进行译码，这里选用显示译码器74ls47，其对应的数码管应为共阳极。如图9所示，将74ls160的四位输出端分别接入译码器的四输入端，且译码器使能端应接入高电平，输出端便可直接连共阳数码管，并且给数码管的公共端接入高电平，这时从图9中可以看到，显示部分能正常工作。 图9数码

14、管显示原理图四、性能的测试1.直流稳压电源的测试按图10连接电路，对直流稳压电源进行测试，由图10中中电压表读数可测得输出电压为5.003V，用示波器测量变压器输出端及最后输出波形，如图11所示，可知最终输出为稳定的直流电压，满足设计要求。 图10 稳压电路输出电压值 图11 电源变压器（下）及稳压电路（上）输出波形2时钟电路测试 按图5所示的电路，在电容C1及脉冲输出端连接示波器，测量其输出波形如图12所示。 图12 时钟电路的输出（上）及电容充放电（下）波形图由图12中波形可以看到，脉冲周期大概在1.01秒，误差为1%，基本符合时钟电路的设计要求。3. 电路整体性能测试（a) 仿真测试按附

15、录I所示电路，在multism软件中进行仿真，左边数码管为分位，右边为秒位。结果详述如下：1）如图13所示，开关J3闭合，J1和J2断开。此时由开关J3控制的时钟信号正常接入计数器，且计数器处于使能状态；由开关J2控制的清零信号被断开，计数器的异步清零端处于高电平状态；进位控制开关J3断开，计数器的同步置数端为高电平。因此电路正常工作。图13整体电路的正常工作状态图2），如图14所示，开关J3和J1闭合，J2断开时，由于秒位未记足60秒，秒计数器置数端为低电平，分计数器使能端为高电平，且时钟信号正常接入计数器，因此当下一脉冲来临时，分位产生进位，同时秒位清零。图14 进位状态图（b）实物测试：

16、根据设计要求，在实验室进行关键电路的硬件搭接测试。为简便起见，实物电路只用三位数码管，分位只用一位显示；同时，直流电源和脉冲由实验箱直接提供。1）如图12所示，此时为清零状态，清零开关J2闭合，秒位和分位同时清零 。 图15整体电路的清零状态图2）如图16所示，开关J3闭合，J1和J2断开时，电路正常工作，数码管正常显示当前通话时间。 图16 整体电路的正常状态图3）如图17所示，当开关J3和J1闭合，J2断开时，由于秒位未记足60秒，此时分位进位，秒位清零。 图17 整体电路的挂断状态图5、 结论结论：经测试看到，电路能够正常工作，该电路完成了课程设计的全部要求，实现了如下的设计目的：记录时

17、间以分钟为单位，最大到99分钟；计时采取向上进位原则，即每次计时不到整分的时间部分，按1分钟计；可以间断计时，且计时能够累加；六、性价比 整个电路选用的都是一些常用的芯片，比如加法计数器74ls160，555定时器，平时做实验都用过，价格比较便宜，且在市场上也很容易买到。还有一些门电路，如与非门，非门，都比较常规。经验证，该电路合理性较强，且性价比较高。七、课设体会及合理化建议体会：经过两周时间，课设已然顺利完成。与其他同学题目相比，我这个还算比较容易实现，只是用了一些基本的数电知识，设计起来不难。开始拿到题目，在一两天之内完成了仿真，但由于期末时间比较紧张，迟迟没有动手做硬件，直到第二周才开

18、始。为简单起见，我只在试验箱上连了一下电路，而没有焊成电路板。在连电路时，还是遇到了一些问题，实验箱上连线较多，毫无层次感，接上之后线路令人眼花缭乱，一步出错，就可能导致后面都不对，检查起来也不容易，这远没有焊电路板来的优越。由于对一些芯片的引脚排列不熟悉，比如或非门74ls02，输入和输出接反，接上之后，数码管就显示出错，后来逐步调试，经仔细检查才发现问题所在，不过最终还是连接成功了，总算有个安慰了。这也充分说明，科学是老老实实的学问，容不得半点虚假，在学术方面，一定要做到严谨，这也是对我们做学问的要求，对我们专业素养的形成起着潜移默化的作用。硬件电路的设计以前做的不多，虽然之前也做过一些电

19、子设计大赛，但我主要负责一些软件调试，编写程序算法，对硬件了解不是太多，这一点固然不是我所擅长，所以动手能力和其他同学相比确实是还远远不够的，在今后的学习中还需加强。通过本次课设，加强了对数电和模电知识的运用，同时也让我学到了很多课本上学不到的东西，也包括从别的同学的课设题目中，体会到实践的重要性，无论在平时学习，或是在工程实际中，理论知识固然重要，但要真正到实际中，却又不是那么容易了，在仿真过程中，经调试容易能得到理想结果，然而转到实物就显得困难些了。这次课设是理论到实践的一次跨越，同时又通过实际反作用与理论，让我加深了对理论知识的理解，对今后的学习更是有着莫大的作用。在此想感谢指导老师胡老师，无论是授课环节还是实验过程，我都从老师身上学到很多，在本次课设中，也是在老师的帮助和鼓励之下，我才顺利完成了硬件的连接，并从中学到对自己有用的东西。合理化建议：在今后的课设环节中，因加强实践操作，并多开设一些数电模电的相关课设，让同学们通过动手，去体会那一份属于自己的成功。 参考