市话计时系统课程设计

1、一、设计要求2二、设计框图2三、分步设计31、秒脉冲产生电路的设计32、十进制2位计数器电路的设计53、六十进制计数器电路的设计64、数字时钟电路的设计85、计费金额电路设计106、清零功能得设计12四、整体设计131、各各分系统组合132、原理图13五：总结15六：参考书15市话的计费计时系统设计(EWB)一、设计要求1、每次通话前(拿起电话前)时、分、金额的显示器自动清零，但通话次数的显示器不清零；2、每分钟0.2元，每分钟计一次；3、通话次数、时、分、金额的显示分别为2位、1位、2位、3位；4、具有手动清零功能。二、设计框图三、分步设计1、秒脉冲产生电路的设计（1）、器件的功能介绍（参考

2、“我爱微电论坛”）555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。双极型的电压是+5V+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压是+3V+18V。图1 555定时器内部框图555电路的工作原理 555电路的内部电路方框图如图1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的

3、参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC。Vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到

4、地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。（2）、秒脉冲产生电路的设计图（参考数电教材P354）设计参数计算： 由CB555的特性参数可知，当电源电压取5V时，在100mA的输出电流下输出电压的经典值为3.3V,所以取VCC =5V可以满足对输出脉冲幅度的要求。采用上图可知：故得到R1=R2 。T=( R1+2R2)Cln2=1s如果取C=10uf,则代入上式得到3R1Cln2=1 化简得：R1=R2=48K（3）、EWB运行结果和说明由图得t1=1.5315s t2=11.5363s n=10 故 周期为1s，每秒产

5、生一个脉冲信号，符合设计要求。2、十进制2位计数器电路的设计（1）、器件的功能介绍（参考“我爱微电论坛”）74160，是一个4位二进制的计数器，它具有异步清除端与同步清除端不同的是，它不受时钟脉冲控制，只要来有效电平，就立即清零，无需再等下一个计数脉冲的有效沿到来。 具体功能如下： 1.异步清零功能 只要（CR的非）有效电平到来，无论有无CP脉冲，输出为“0”。在图形符号中，CR的非的信号为CT=0，若接成七进制计数器，这里要特别注意，控制清零端的信号不是N-1（6），而是N（7）状态。其实，很容易解释，由于异步清零端信号一旦出现就立即生效，如刚出现0111，就立即送到（CR的非）端，使状态变

6、为0000。所以，清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计数的一个状态。清零端是低电平有效。 2.同步置数功能 当（LD的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在CP脉冲上升沿作用下D0D3的数据被置入计数器并呈现在Q0Q3端。若接成七进制计数器，控制置数端的信号是N（7）状态，如在D0D3置入0000，则在Q0Q3端呈现的数据就是0110。（2）、十进制2位计数器电路的设计图设计说明同下面六十进制计数器（3）、EWB运行结果和说明电源时为了模拟秒脉冲信号得，CLR现在接高电平计数器正常运行，当计CLR低电平时清零。3、六十进制计数器电路的设计（1）、器件的功能介绍同上设计“十进制2位计数器

7、电路的设计”（2）、六十进制计数器电路的设计图（参考“我爱微电论坛”）设计原理：同样由两片74160组成,原理基本相同,不同的是十位计数器（C2）选择Qc与QB做反馈端，经与非门（NEND）输出控制清零端（CLR），接成六进制计数形式。将个位计数器的RCO端和十位计数器的QC、QA端经过与门AND1和AND2由CO端输出，作为六十进制的进位输出脉冲信号。当计数器计数状态为59时，CO端输出高电平，在同步级连方式下，容许高电位计数器计数。 图中与门起进位得作用，与非门起清零作用。方波电源是为了模拟555秒脉冲产生电路。这个电路将作为下面设计数字时钟得基本电路。（3）、EWB运行结果和说明说明验证

8、：本设计使用得信号f=5HZ、T=0.2s,经运行验证得：t1=11.9112s t2=23.9112sT=t2-t1=12sT*60=T所以进位信号正确，设计可行。4、数字时钟电路的设计（1）、器件的功能介绍同上设计“十进制2位计数器电路的设计”（2）、数字时钟电路的设计图 （3）、EWB运行结果和说明设计说明：本设计由两个“六十进制计数器电路”和一个“十进制计数器电路”串联连接起来得，其各各部分互相独立，第一级将时钟信号频率扩大60倍给第二级，第二级再将时钟信号频率扩大60倍给第三级，各级之间不存在干挠。这样得好处是减小设计得难度，实现模块化。5、计费金额电路设计（1）、器件的功能介绍（参

9、考“我爱微电论坛”）JK触发器工作原理：1.CP=0时，触发器处于一个稳态。 CP为0时，G3、G4被封锁，不论J、K为何种状态，Q3、Q4均为1，另一方面,G12、G22也被CP封锁,因而由与或非门组成的触发器处于一个稳定状态，使输出Q、Q状态不变。 2.CP由0变1时，触发器不翻转，为接收输入信号作准备。 设触发器原状态为Q=0，Q=1。当CP由0变1时，有两个信号通道影响触发器的输出状态，一个是G12和G22打开，直接影响触发器的输出，另一个是G4和G3打开，再经G13和G23影响触发器的状态。前一个通道只经一级与门，而后一个通道则要经一级与非门和一级与门，显然CP的跳变经前者影响输出比

10、经后者要快得多。在CP由0变1时，G22的输出首先由0变1，这时无论G23为何种状态（即无论J、K为何状态），都使Q仍为0。由于Q同时连接G12和G13的输入端，因此它们的输出均为0，使G11的输出Q=1，触发器的状态不变。CP由0变1后，打开G3和G4，为接收输入信号J、K作好准备。 3.CP 由1变0时触发器翻转 设输入信号J=1、K=0，则Q3=0、Q4=1，G13和G23的输出均为0。当CP 下降沿到来时,G22的输出由1变0,则有Q=1，使G13输出为1，Q=0，触发器翻转。虽然CP变0后，G3、G4、G12和G22封锁，Q3=Q4=1，但由于与非门的延迟时间比与门长（在制造工艺上予

11、以保证）,因此Q3和Q4这一新状态的稳定是在触发器翻转之后。由此可知,该触发器在CP下降沿触发翻转，CP一旦到0电平，则将触发器封锁，处于(1)所分析的情况。 总之，该触发器在CP下降沿前接受信息，在下降沿触发翻转，在下降沿后触发器被封锁。 （2）、金额计费电路的设计图设计原理：以2角为单位递增， （3）、EWB运行结果和说明0，1，2，3JK触发器产生一个4位二进制信号由显示器编译显示，第3个JK触发器Q端口产生一个进位信号送给十进制计数器，其电路同“数字时钟电路”“时”的部分。6、清零功能得设计（1）、器件的功能介绍与门：与门真值表ABY110010101000（2）、与门设计图（3）、EWB运行结果和说明设计目的：当有手动清零且挂下电话时给计数器一个清零信号。四、整体设计1、各各分系统组合当电话接通时由“555秒脉冲产生电路”产生秒脉冲信号：1、送给“六十进制计数器电路” 秒脉冲信号作为计时用。2、送给“十进制2位计数器电路”一个脉冲使其计数。3、“六十进制计数器电路”分进位信号送给“计费金额电路”计费。当挂下电话且按清零开关：1、“六十进制计数器电路”电路清零。2、“计费金额电路”电路清零。2、原理图五：总