毕业设计（论文）-简易公用电话计时器设计

1、四川信息职业技术学院 毕业设计说明书 设计题目: 简易公用电话计时器设计 专 业: 应用电子技术 班 级: 应电 08-2 班 学 号: 姓 名: 指导教师: 二一年九月十日 四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学 生 姓 名 班级应电 082专业应用电子技术 设计（或论文）题目简易公用电话计时器设计 指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注 设计（论文）内容： 完成设简易公用电话计时器。要求每 30 秒计时一次，具有声响提示功能，具有手动复位功能， 计时误差小于 1 秒。 主要任务：完成硬件电路设计。选择电路方案，确定电路形式，设

2、计各单元电路并分析工作原理， 形成设计说明书。 选作任务：对电路进行仿真。 进度安排： 第 3-6 周：查找相关参考文献资料； 第 6-7 周：选择电路方案和进行可行性分析，并确定设计方案； 第 8-11 周：按照设计方案设计各电路模块，半期检查； 第 12-13 周：配合软件完成整机设计调试工作，并撰写论文； 第 14-15 周：答辩。 主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)： 1 黄继昌.控制专用集成电路及其应用郭继忠.北京:人民邮电出版社，2006 2 孙余凯.精选实用电子电路 260 例.北京:电子工业出版社，2007 3 吕全.电子线路及应用.北京:清华大学出版社，

3、2005 4 张洪润.电子线路与电子技术.北京:清华大学出版社，2005 5 肖景.555 集成电路应用精粹.北京:人民邮电出版社，2007 审 批 意 见 教研室负责人： 年 月 日 备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) I 目录 摘要 .1 第 1 章绪论 .2 第 2 章方案论证与比较 .3 2.1 方案一 .3 2.1.1 系统设计框图.3 2.1.2 系统设计原理.3 2.2 方案二 .4 2.2.1 系统设计框图.4 2.2.2 系统设计原理.4 2.3 方案比较 .4 第 3 章单元模块设计 .5 3.1

4、计数译码显示模块 .5 3.1.1 计数器.5 3.1.2 译码器.7 3.1.3 七段显示数码管.9 3.1.4 计数译码显示电路及工作原理.10 3.2 脉冲电路模块 .12 3.2.1 555 定时器 .12 3.2.2 脉冲发生器.14 3.3 声响提示电路模块 .16 3.4 计时电路模块 .17 3.5 复位电路模块 .20 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) II 第 4 章电路仿真与调试 .21 4.1 软件介绍 .21 4.2 单元电路仿真 .21 4.2.1 计数译码显示电路.21 4.2.2 脉冲电路.22 4.2.3 声响提示电路.24 4.2.4 计时模块.2

5、5 总结 .27 参考文献 .28 附录 1整机原理图.29 附录 2元器件明细表.30 全套设计加扣 3346389411 或 3012250582 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 1 页 共 30 页 摘要 随着科学技术的迅速发展，我们理工科大学生不仅需要掌握基本理论知识，而且 还需要掌握基本电子设计技能和具有一定的科研能力。随着我国电信事业的高速发展， 我国的公用电话业务也有了迅速的发展,我国公用电话经历了电话计时计费器、投币电 话、磁卡电话、IC 卡电话以及智能公话等多种形态。此种电话机和 IC 卡公用电话现在 均采用计时来收取费用，所以我们这种计时器的设计有很广泛的应

6、用范围，实用性很 强 。 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 30 秒计时一次；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.该电话计时器用脉冲电路，计数译 码显示电路，复位电路，声响提示电路等电路组成。当通话开始到 30 秒时，由脉冲电 路发出一个脉冲信号给计数译码显示电路使之显示通话次数，同时脉冲还发出一个脉 冲信号给声响提示电路使之提示 30 秒已到，依次过程每 30 秒计数加一次声响功能提 示一次，按复位键同时使计数译码显示电路、脉冲电路清和计时电路清零。 关键词关键词计数器；声

7、响提示；脉冲发生器 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 2 页 共 30 页 第 1 章绪论 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社 会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使 现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。电话是人们日常生 活中非常重要的通信工具，自安东尼奥.梅乌齐发明电话随后的一百多年来科技发展日 新月异，到 21 世纪人们已经离不开电话，并相继出现了多个电信业务公司比如中国电 信、中国移动、中国联通、中国铁通等电话运营公司。打电话就得付电话费，电话计 费是按通话时间的长短来计算的，

8、如果电话的计时器计时不准确或快或慢这都将影响 到使用者和电信公司的利益。我们经常看到新闻报道公用电话计时器存在猫腻，一些 公话超市商家暗改电话计时器多收费，将电话机的计费器调快了 10 秒钟左右，也就是 50 秒等于 1 分钟。现在一部公用电话市话费，每分钟一般是两角，赚取的利润是 8 分， 这还不算调快的这 10 秒钟。如此一算，就可以知道 10 秒钟是 3 分钱左右。一部公用 电话的通话时间如果以一天 6 个小时计算，就有 10.8 元的“额外”收入。如果一个话 吧开通 5 部电话，一天就多赚 50 元左右。据业内人士介绍，由于公用电话的布点密集， 竞争激烈，商家大多采取调快计时器的手法或

9、通过互联网的通信方式以此超时间收费 和降低运营成本。通过调查这些公话超市一般装有两个计时器，平时用调过的计时器 收费，检查时用未调过专门应付有关部门的检查。近年来，公用电话计时计费装置备 受争议。所以我们需要计时精度高，不易被篡改时间的计时器，基于这种情况我们设 计了一个公用电话计时器，该电话计时器计时误差小于一秒，提高通话计时准确性是 提高电话使用率的有效手段。 这种电话计时器的出现将大大改善如今面临的公话超市乱收费的情况，我国的公 用电话用户比较多，所以开发这种电话计时器是很有发展前景的，这种电话计时器安 装可以改善公众对公用电话超市的印象。本电话计时器采用数字电路设计，由计时电 路，声响

10、提示电路，计数电路，复位电路构成。具有计时准确、工作可靠、线路简单、 制作容易、成本低廉等优点适合大面积推广，公用电话计时器有了声响提示功能这可 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 3 页 共 30 页 以使通话者更好的把握通话时间节省电话费用。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 4 页 共 30 页 第 2 章方案论证与比较 简易公用电话计时器按计时长短的可调性分类可以分为计时可调和不可调两类， 本设计提供了计时可调和计时不可调两种设计方案，可以根据设计要求对比两种方案 在电子线路设计、元器件选取等方面的优缺点后选出适合于本设计的最佳方案。 2.1 方案一 2.1.

11、1 系统设计框图 分频器标准信号源30 秒定时电路计数器 译码显示电路声响提示电路 复位电路 图 2-1 简易公用电话计时器方案一 2.1.2 系统设计原理 本设计主要有标信号源，分频器，30 秒定时器，计数器译码显示，声响提醒等电 路组成，其工作原理是：当按下复位按键时，复位电路保证 30 秒定时电路及二位十进 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， 30 秒定 时器的功能时每 30 秒输出一个脉冲，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，30 秒定时器主要由 12

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，可采用中规模集成计数器 CD4029、74LS47 组成，声响提醒电路由 555 集成电路组成。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 5 页 共 30 页 2.2 方案二 2.2.1 系统设计框图 声响提示电路 计时电路 计数器脉冲电路 复位电路 译码显示电路 图 2-2 简易公用电话计时器方案二 2.2.2 系统设计原理 该设计主要由复位电路、计数译码显示电路、脉冲电路、声响提示电路、计时电 路组成，其工作原理是：当按下复位键后计数译码显示电路、脉冲电路、计时电路同 时清零，松开复

13、位键后计时开始，当计时电路显示第一个 30 秒时，脉冲电路向计数器 和声响提示电路同时发送一个脉冲，声响提示电路报警，计数译码显示电路显示 1 表 示第一个 30 秒计数一次。第 2 个、第 3 个、第 4 个 第 99 个 30 秒对应计数译码 显示电路显示 2、3、4 99，按下复位键后计数译码显示电路、脉冲电路和计时电 路同时清零。 2.3 方案比较 经过多方面的分析与论证，方案一设计复杂，所用元器件种类繁多，误差大，在 设计方面没有设计计时电路，不能直观反应出所用时间这样就会增大误差，方案一中 有一个 30 秒定时电路这就限制了该电路的定时时间只能是 30 秒不能任意更改。方案 二所用

14、元器件较少，电路简单，相对于方案一增加了计时电路，这能更好的反应出定 时时间的准确性，更改脉冲电路的电容，电阻等可以随意改变定时时间，方案二比方 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 6 页 共 30 页 案一更具灵活性，综合以上原因这次设计当采用方案二。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 7 页 共 30 页 第 3 章单元模块设计 3.1 计数译码显示模块 两片同步可逆十进制计数器 74LS192，两片 74LS248 译码器和两片 FJS5101AH 数码 管共同构成简易公用电话计时器的计数译码显示模块。第二片 74LS192 计数器接入脉 冲在进位输出端 ()端

15、取得矩形脉冲，作为第一个计数器的时钟输入。计数器COTCU 接成 8421BCD 码十进制形式，其输出端与 74LS248 译码器的相应输入端连接，译码器 的输出端再与 FJS5101AH 数码管相连，共同构成计数译码显示模块。 3.1.1 计数器 计数器是典型的时序逻辑电路，它是用来累计和记忆输入脉冲的个数。计数是数 字系统中很重要的基本操作，集成计数器是应用最广泛的逻辑部件之一。计数器种类 较多，按计数器中触发器动作的时序可分为同步计数器和异步计数器；根据计数制的 不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；根据计数的增减趋势， 又分为加法、减法和可逆计数器。还有可预置数和可编

16、程序功能计数器等。此设计采 用同步可逆十进制计数器 74LS192，具有双时钟，异步清零，预置数等功能，采用 8421BCD 码计数，通过不同的连接方式，74LS192 可以实现四种不同的逻辑功能，而且 还可借助 CLR(MR)端对计数器清零（高电平有效） ，LOAD()端将并行置入控制端（低PL 电平有效）当 CLR(MR)=0、LOAD()=0 时预置输入端 D、C、B、A 的数据送至输出端，PL 即 Q3Q2Q1Q0=P0P1P2P3。UP（CPU）端、DOWN(CPD)端是加减计数输入端，计数脉冲从 UP(CPU)端或 DOWN(CPD)端输入，每到来一个脉冲上升沿十进制输出数据就改变

17、 1。如 果 UP（上升沿有效）端接 CP 输入，DOWN（上升沿有效）端接高电平计数器就加 1，反 之 DOWN 端接 CP 输入，UP(CPU)端接高电平计数器就减 1，CLK(MR)端是异步清零端， ()端用于同步借位输出（低电平有效） 。减法计数时进入 0000 状态后有负脉BO TCD 冲输出，脉宽为一个时钟周期。 ()端用于同步进位输出（低电平有效） ，加COTCU 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 8 页 共 30 页 法计数时，进入 1001 状态后有负脉冲输出，脉宽为一个时钟周期。74LS192 引脚排列 如图 3-1 所示，进位波形如图 3-2 所示。 图3-

18、1 74LS192引脚图 图3-2 74LS192进位波形图 74LS192 芯片的具体功能如下表所示： 表3-1 74LS192真值表 输 入输 出 清零 CLR (MR) 置数 PL CPD (UP) CPU (DN) P3P2P1P0Q4Q3Q2Q1 功 能 10000 清零 00dcbadcba 置数 011 上升 沿 Q4Q3Q2Q1 加法 01 上升 沿 1Q4Q3Q2Q1 减法 74LS192 加法计数的状态转换表如下表所示： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 9 页 共 30 页 表 3-2 加法计数转换表 加法计数（进位） 输入脉冲数0213456789 Q30

19、000000011 Q20000111100 Q10011001100 输 出 Q00101010101 减法计数（借位） 计数器的级联使用 一个十进制计数器只能表示 09 十个数，为扩大计数器范围，常用多个十进制计 数器级联使用。同步计数器往往设有进位（或借位）输出端，所以可以选用其进位 （或借位）输出信号驱动下一级计数器。图 3-3 是由 74LS192 利用其进位输出控制CO 高一位的 UP 端构成的加计数级联图，可以实现 1010100 进制（“00”“99” ） 的计数。如果要构成减计数电路，则利用其借位输出()控制高一位的BO TCD DOWN(CPD)端，实现（“99”“00”

20、）的减法计数，如果计数初始值为 0099 其中一 个数，则必须先在输入端 AD 预置所要开始计数的初始值，令()0，将此初LDPL 始值预置完成，此后重新置()=1。LDPL 图 3-3 加计数级联图 3.1.2 译码器 74LS248 为有内部升压电阻的 BCD-7 段译码器/驱动器，共有 54/74248 和 54/74LS248 两种线路结构形式，74LS248 是一个用于驱动共阴极 LED（数码管）显示器 的 BCD 码- 七段码译码器，74LS248 如图 3-4 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 10 页 共 30 页 1.74LS248 引脚图 图 3-4

21、74LS248 引脚图 2.74LS248 引脚功能 74LS248 芯片，其中 A,B,C,D 为译码器的输入端,ag 为输出端,/为灭灯BIRBO 输入 / 灭零输出端，为灭零输入端，为试灯输入端，它们是为了便于使用而RBILT 设置的控制信号。只要灭灯输入信号（/）和试灯输入信号（）为高电平BIRBOLT （/也可悬空，下同） ，就可对输入为十进制数 1 15 的二进制码BIRBO （00011111）进行译码。如果、和/均为高电平，则译码器对输入LTRBIBIRBO 十进制数“0”的二进制码（0000)进行译码。当灭灯输入（)直接接低电平时，不BI 管其他各输入端为何状态，各段输出 a

22、g 均为低电平，数码管所有发光段均熄灭。当 灭零输入（）和 ABCD 输入端为低电平，而灯测试输入（）为高电平时，所有RBILT 各段输出 ag 均为低电平，使数码管全灭，不显示 “0” 字形，同时灭零输出（ ）变为低电平（响应条件） ，用以指示译码器正处于灭零状态。当试灯测试输入RBO （）加入低电平，并且/ 端为开路或保持高电平时，所有各段输出 agLTBIRBO 均为高电平，数码管显示数字“ 8” 。利用这一功能可用来检查 74LS248 和数码管七 个发光段的好坏。其逻辑功能如表 3-3 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 11 页 共 30 页 表3-3 74LS

23、248引脚功能 输 入输 出 十进制 或功能 LT RBIABCD /BI RBOabcdefg 011000011111110 11000110110000 21001011101101 31001111111001 41010010110011 51010111011011 61011010011111 71011111110000 81100011111111 91100111110011 101101010001101 111101110011001 121110010100011 131110111001011 141111010001111 151 111110000000 灭灯B

24、I00000000 灭零RBI10000000000000 试灯LT011111111 3.1.3 七段显示数码管 在数字系统中常常需要将测量或处理的结果直接显示成十进制数字。为此，首先 将以 BCD 码表示的结果送到译码器电路进行译码，用它的输出去驱动显示器件，由于 显示器件的工作方式不同，对译码器的要求也就不同，译码器的电路也不同。数字显 示方式目前以分段式数码管应用最普遍，最常用的是七段式数码管，分段式数码管是 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 12 页 共 30 页 利用不同发光段组合的方式来显示不同数码的，它的优点是工作电压低（1.53V） ， 体积小，寿命长，响应速度

25、快（1100ns） ，工作可靠。因此，为了使数码管能将数码 所代表的数显示出来，必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段。数码 管与译码器连接如图 3-5 所示。 图3-5 数码管与译码器连接图 数码管与译码器有共阴和共阳两种接法，此图是用74LS248驱动共阴极数码管，译 码器高电平有效（即=1、=1、/ =1） 。例如，对于8421BCD 码的0011状LTRBIBIRBO 态，对应的十进制数为3，则译码驱动器应使 a、b、c、d、g 各段点亮。0100状态，对 应的十进制数为4，则译码器应使 f、g、b、c 各段点亮。即对应于某一组数码，译码 器应有确定的几个输出端有信号输出，这

26、是分段式数码显示电路的主要特点。 3.1.4 计数译码显示电路及工作原理 计数译码显示电路如图36所示，此电路是由数码管、译码器、十进制计数器等组 成，是公用电话计时器的重要组成部分。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 13 页 共 30 页 图 3-6 数码管工作原理图 其工作原理：计数译码显示电路是由两个74LS192芯片构成的二位十进制计数器 （组成的 10 10=100进制计数器） ，两个七段显示译码器，两个共阴极数码管组成的。 将个位芯片74LS192的()端连十位的 UP(CPU)端，个位芯片74LS192的(BO TCDCO )端连 DOWN 端进行级联计数，当30

27、秒到后由脉冲电路输出的脉冲信号 CP 来到TCU UP（CPU）端，DOWN(CPD)端接高电平就是加法计时， （用8421BCD 码前10个状态 00001001来表示09这10个数码，也就是，当计数器到第9个脉冲后，若再来一个脉 冲，计数的状态必须由10010000完成一个计数循环。 ）输出端 QDQCQBQA=0001，74LS248的4线代码输入 AD（输入8421BCD 码）输入0001，74LS248输 出0110000数码管就显示1（74LS248输入11111101110011数码管对应显示09完成一 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 14 页 共 30 页 个计

28、数循环） 。当个位计数器 CU(CPU)端逐个输入计数脉冲 CP，个位的74LS192开始逐 个加法计数，在第10个脉冲 CP 到来后个位的74LS192的状态由10010000，同步进位 输出端 ()从0到1此上升沿使十位的74LS192从0000开始计数直到第100个脉冲COTCU 作用后两片计数器由1001 1001恢复为0000 0000完成一次99次的计数循环。 3.2 脉冲电路模块 在选择脉冲发生器的时候想到了许多的东西，比较了一些器件，如：用与非门电 路构成的触发器、石英晶体振荡器、555 时基电路芯片，在经过三者的比较中发现如果 用触发器电路则电路很复杂，且成本也很高。用石英晶

29、体振荡器够成秒脉冲发生器的 话，其精确度很高，技术要求高，在电路的整体设计上繁琐复杂，成本也较高。用 555 时基芯片做的秒脉冲产生器，不仅电路简单，而且成本也很低，产生的脉冲信号也很 稳定，只需要很少的外围元件就能够完成其发生装置。所以最后选择了用 555 集成芯 片（NE555）来作为脉冲发生器芯片。 3.2.1 555 定时器 555 集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种中规模集成器件，外加电 阻、电容可以组成性能稳定而精确的单稳电路。集成电路 555 并不是一种通用型的集 成电路，但是它却可以组成上百种实用电路，可谓变化无穷，故深受人们欢迎。 555 定时器内部结构如图 3-

30、8 所示，主要由以下几部分组成。 电阻分压器：由 3 个阻值均为 5K的电阻组成。 电压比较器：由 C1 和 C2 组成，当控制输入端悬空时，C1 和 C2 的基准电压分别是 和。VCC 3 2 VCC 3 1 基本 RS 触发器：由两个与非门 G1 和 G2 构成，对两个比较器输出的电压进行控制。 放电三极管 VT：VT 是集电极开路的三极管，VT 的集电极作为定时器的引出端 D。 缓冲器：由 G3 和 G4 构成，以提高电路的负载能力。 其参数如下： 电源电压 4.5V18V。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 15 页 共 30 页 输出驱动电流为 200 毫安，可直接驱动

31、继电器、小电动机、指示灯及喇叭等负载。 作定时器使用时，定时精度为 1。作振荡器使用时，输出的脉冲的最高频率可达 500 千赫。 其真值表如表 3-4 所示。 a) 555 集成电路引脚排列 b) TTL 电路 555 电路结构 图 3-7 555 定时器 表 3-4 555 定时器真值表 RESTTHRTRIOUT TD 状态 0XX0 导通 1 Vcc 3 2 Vcc 3 1 0 导通 1 Vcc 3 2 Vcc 3 1 不变不变 1 Vcc 3 2 Vcc 3 1 1 截止 1 Vcc 3 2 Vcc 3 1 1 截止 555 定时器为双列直插式 8 引脚封装，其引脚功能为：1 脚为接地

32、端；2 脚为低电 平触发输入端；3 脚为输出端；4 脚是复位端；5 脚为电压控制端(加控制电压时，可改 变 C1，C2 的参考电压，该端不用时一般通过电容接地，以免旁路高频干扰)；6 脚是高 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 16 页 共 30 页 电平触发输入端；7 脚是放电端；8 脚是电源端。工作原理：当=0 时，定时器 OUT 输R 出为 0。当=1 时；（1）当高电平触发输入端，同时低电平触发输入端RTHVcc 3 2 时，比较器 C1 输出低电平；C1 输出的低电平将基本 RS 触发器置为 0，使得TRVcc 3 1 定时器的输出 OUT 为 0，同时放电管 VT 导通

33、。 （2）当高电平触发输入端，THVcc 3 2 同时低电平触发输入端，比较器 C2 输出为低电平；C2 输出的低电平将基本TRVcc 3 1 触发器置 1，即 Q=1，使得定时器的输出 OUT 为 1，放电管 VT 截止。 （3）当高电平触发 输入端，同时低电平输入端，定时器的输出 OUT 和放电管 VT 的THVcc 3 2 TRVcc 3 1 状态保持不变。 3.2.2 脉冲发生器 由 555 定时器构成一个脉冲发生器，多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡 器， “多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。由于 555 定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵

34、活，而且采用差分电路形式， 它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以由 555 定时器构成的多谐振荡器的 振荡频率稳定，不易受干扰。该电路具有两个暂稳态，暂稳态 1 的维持时间即输出 V0 脉冲的正向宽度： (3-1) CRRT)(7 . 0 211 暂稳态 2 的维持时间即输出 V0 的负向脉冲宽度： (3-2) CRT 22 7 . 0 通过电容的充电和放电使两个暂稳态相互交替从而产生自激振荡，不需要外加触 发信号,所以两个暂稳态维持时间就是振荡信号的周期。电路工作其实就是在两个暂稳 态来回转换，改变 R1、R2、电容 C 等定时元件数值的大小可以调节振荡频率。如果 R1、R2、C 一

35、定时也可以调节滑动变阻器的电阻大小改变振荡频率，脉冲电路如图 3-8 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 17 页 共 30 页 uc 2/3VDD 1/3VDD 0 t t0 T1T2 t1t2 u0 a)脉冲电路 b)工作波形 图 3-8 脉冲发生电路 当 RV1=0 时，电容充电时间： (3-3) CRRTW)(7 . 0 211 电容放电时间： (3-4) CRTW 22 7 . 0 所以周期为： (3-5)CRRTTT WW )2(7 . 0 2121 其振荡频率： (3-6) 4121 )(2(7 . 0/1/1CRVRRTf 因为是 30 秒计时一次，所以周期

36、 30 秒。选取 R1=100、 R2=190K、RV1取 16K ，R1和 R2的接点与 7 脚放电端相连，电压控制端不用，通常外接 0.01uF(C2)电容对 C4起保护作用，根据频率可得： 4121 )(2(7 . 0/1/1CRVRRTf = (3-7) 4 C)(2(7 . 0/ 121 RVRRTnF307 接通电源后，VCC 通过 R1、R2和 RV1对 C4充电，Uc 上升。开始时 Uc，即高Vcc 3 1 电平触发端 TH，低电平触发端，定时器置 1，放电管截止，振荡器Vcc 3 2 TRVcc 3 1 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 18 页 共 30 页

37、输出 OUT=1。随后 Uc 越充越高，当 Uc时，高电平 TH。低电平触发端VCC 3 2 Vcc 3 2 定时器复位，放电管饱和导通，C 经过 RV1经 VT 放电，振荡器输出TRVcc 3 1 OUT=0。Uc 下降.当时，又回到高电平触发端，低电平触发端VCCUC 3 1 VCCTH 3 2 ，定时器又复位，放电管截止，振荡器输出 OUT=0，C 停止放电而重新充电，TRVCC 3 1 如此反复充放电形成振荡波形，通过 555 定时器 3 脚将方波信号输入到计数译码显示 电路触发使计数器开始计数。 3.3 声响提示电路模块 该声响提示电路是由 555 定时电路组成的音频振荡器构成，用来

38、产生声响提示。 脉冲电路产生的方波信号控制继电器的开合状态，从而控制+5V 电源对声响提示电路的 充放电使声响提示电路输出高低电平（高电平使蜂鸣器发出声响） 。该电路中用到了继 电器它起到了开关的作用：高电平导通，低电平断开。其声响提示电路如图 3-9 所示。 图 3-9 音响提示电路 由于脉冲电路通过时间继电器对声响提示电路进行控制，所以脉冲电路的充电时 间和放电时间就是声响提示电路的充放电时间。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 19 页 共 30 页 电容充电时间： (3-8) 81981 )(7 . 0CRVRRTWS13 电容放电时间： (3-9) 8192 )(7 .

39、 0CRVRTWS17 当脉冲电路输出的高电平到来时继电器导通+5V 电源对声响提示电路供电，由于脉 冲电路前 13 秒充电输出高电平，后 17 秒放电输出低电平，所以继电器在前 13 秒是导 通的，电源经 R8、R9对电容 C8充电，555 定时器的 3 脚(OUT)输出高电平，其值接近于 电源电压，7 脚(DIS)内的放电管截止，喇叭鸣叫。随着电源给电容 C8充电，电容上的 电压逐渐上升，当到达比较上限时，使 555 的 3 脚输出变为低电平，其值接近VCC 3 2 于电源负极，7 脚内的晶体管变为饱和，电容 C8放电，其电压开始逐渐下降。当 2 脚 （） 、6 脚(TH)的电压下降到比较

40、下限时，使 555 的 3 脚重新输出高电平，TRVCC 3 1 与此同时 7 脚内的晶体管截止，电容重新开始由电源+VCC 经电阻 R8、R9充电喇叭再次 鸣叫，从两次喇叭鸣叫的时间间隔刚好是 30 秒正是一个周期，电容 C6起到了防止交流 信号干扰的作用。取 R8=27K、R9=200、C6为 0.01uF，所以根据频率公式 得：CRRTf)2(7 . 0/1/1 21 (3-10)2(7 . 0/ 438 RRTCnF200 3.4 计时电路模块 振荡器是计时电路的核心，振荡器的稳定度和频率的精准度决定了计时电路的精 准度。一般来说，振荡器的频率的越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大。

41、根据 器件不同,可有两种方案。 1.石英晶体振荡器 石英晶体振荡器如图 3-10 它的特点是振荡频率准确，电路结构简单，频率易高调 整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振 动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时，才达到最后的 稳定，这种压电谐振的频率就是晶体振荡的固有频率。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 20 页 共 30 页 图 3-10 晶体振荡器 图 3-10 所示电路振荡频率是 32.768KHZ，把石英晶体串接于由非门 1、2 组成的振 荡反馈电路中，非门 3 是振荡器整形缓冲级。凭借与石英晶体串联的微调电容

42、，可以 对振荡器频率作微量的调节。 2.采用 555 定时器构成的多偕振荡电路 振荡器电路选用 555 构成的多偕振荡器如图 311 所示，其中的电位器可以微调 振荡器的输出频率。 图 3-11 多谐振荡器 比较：秒信号发生器是计时器的重要部分，它的计时精度和稳定性直接影响了电 话计时器对 30 秒报警一次的判断，但是我们考虑到用石英晶体振荡电路时分频电路用 的元件较多且价格较贵，而用 555 构成的电路元件容易得，电路简单且易于实现，所 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 21 页 共 30 页 以选用多谐振荡器构成的计时电路。 该计时电路是由二位十进制计数译码显示电路和秒脉冲电

43、路组成。相关芯片在前 面已经做过介绍，其功能原理与计数译码显示电路、脉冲电路的原理是一样的。秒脉 冲电路是由 555 定时器构成的多谐振荡器组成的，该振荡器每 1 秒振荡一次所以脉冲 信号频率为 1HZ。 取 R12=180K,R13=10K,RV2=16K,由频率公式 得： CRVRRTf)(2(7 . 0/1/1 121 （3-11）)(2(7 . 0/1 212133 RVRRCnF15 计时电路如图 3-12 所示。 图 3-12 计时电路 由多谐振荡器构成的秒脉冲发生器的信号从计数器 74LS192 的 UP(CPU)端（上升沿 有效）输入触发 74LS192 使其开始计数，其输出端

44、 QDQCQBQA=0001，74LS248 的 4 线代 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 22 页 共 30 页 码输入 AD（输入 8421BCD 码）输入 0001，74LS248 输出 0110000 数码管就显示 1（74LS248 输入 11111101110011 数码管对应显示 09 完成一个计数循环） 。当个位 计数器 CU 端逐个输入计数脉冲 CP，个位的 74LS192 开始逐个加法计数，在第 10 个脉 冲 CP 到来后，个位的 74LS192 的状态由 10010000，同步进位输出端()从COTCU 0 到 1 此上升沿使十位的 74LS192 从

45、0000 开始计时直到第 100 个脉冲作用后，计数器 由 1001 1001 恢复为 0000 0000 完成一次 99 秒的计时循环。 3.5 复位电路模块 根据设计要求，在每次通话之前一定要清零。当复位按键按下时计数译码显示电 路，脉冲电路，计时电路都被清零。如图 3-13 所示。 图 3-13 复位电路 该复位电路接 1.66V 的电源，当按下复位键后，电源瞬间同时加到脉冲电VCC 3 1 路的高低电平触发端，由于、，定时器置位，放电管截止，CVCCTH 3 2 VCCTR 3 1 停止放电而重新充电经过充放电形成新的振荡波形。计数器和计时器都是采用 74LS192 芯片当按下复位键后

46、给芯片的清零端 CLR（高电平有效）加一个高电平使其清零。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 23 页 共 30 页 第 4 章电路仿真与调试 4.1 软件介绍 本设计采用的是软件 Mulitisim10.0 来进行的仿真，NI Multisim 10 是美国国家 仪器公司（NI，National Instruments）最新推出的 Multisim 最新版本。目前美国 NI 公司的 EWB 的包含有电路仿真设计的模块 。Multisim、PCB 设计软件 Ultiboard 布线 引擎 Ultiroute 及通信电路分析与设计模块 Commsim 4 个部分，能完 成从电路的仿

47、真 设计到电路版图生成的全过程。 Multisim、Ultiboard、Ultiroute 及 Commsim 4 个部 分相 互独立，可以分别使用。Multisim、Ultiboard、 Ultiroute 及 Commsim 4 个部 分有增强专业版（Power Professional） 、专业版（Professional） 、个人版 （Personal） 、教育版（Education） 、学生版（Student）和演示版（Demo）等多个版 本，各版本的功能和价格有着明显的差异。NI Multisim 10 可以设计、测试和演示各 种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字、电路、射频电路

48、及微 控制器和接口电路 等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电 等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进 行仿真的同时，软件还可以存储 测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状 态、显示波形和具体数据等。 4.2 单元电路仿真 4.2.1 计数译码显示电路 当脉冲电路输入频率为 3.3HZ 的信号时，加法计数器每 30 秒计数 1 次。如图 4-1 所示，在 3.3HZ 的信号源作用下，每 30 秒给 UP 端一个上升沿信号触发使其计数。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 24 页 共 30 页 U3 7

49、4LS248D A 7 B 1 C 2 D 6 OA 13 OD 10 OE 9 OF 15 OC 11 OB 12 OG 14 LT 3 RBI 5 BI/RBO 4 U4 74LS248D A 7 B 1 C 2 D 6 OA 13 OD 10 OE 9 OF 15 OC 11 OB 12 OG 14 LT 3 RBI 5 BI/RBO 4 U5 74LS192D A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U6 74LS192D A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA

50、 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V VCC 5V VCC 5V R1 10k U1 A B C D E F G CK H U2 A B C D E F G CK H R10 2k GND 59 GND VCC 61 60 5655 5352515049484746 454443424140373635343332 V1 3.3 Hz 5 V VCC 1 0 2 VCC 图 4-1 计数译码显示电路 4.2.2 脉冲电路 30 秒计数一次脉冲电路的周期应为 30 秒，当接通电源后 VCC 经 R1、R2、R3对电容

51、 C1充电，脉冲电路仿真如图 4-3 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 25 页 共 30 页 U7 LMC555CM GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI 2 VCC 5V R1 100 R2 190k R3 Key = A 32k C1 307nF IC=10V C2 10nF 1 4 2 3 0 VCC 图 4-2 脉冲电路 开始仿真后前 13 秒输出高电平，后 17 秒输出低电平 图 4-3 脉冲电路波形 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 26 页 共 30 页 4.2.3 声响提示电路 声响提示

52、电路如图 4-4 所示 VCC 5V K K2 EDR201A05 R3 27k R4 200 C4 100nF C5 100uF U8 SONALERT 200 Hz C3 200nF U9 LMC555CM GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI 2 2 3 f VCC 1 U7 LMC555CM GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI 2 50% R1 Key = A 32k R5 190k C2 10nF C1 307nF IC=10V VCC 5V R2 100 10 11 VCC 9 8 7 0 XSC1 ABCD G T 0 5 4 6 图 4-4 声响提示电路 图 4-5 声响提示电路仿真波形 仿真波形如图