簡易公用電話計時器

1、電子課程設(shè)計簡易公用電話計時器學院：電子信息工程學院專業(yè)：電氣081502姓名：渠愛霞學號：200815010218指導教師：閆曉梅2010年12月25日一、設(shè)計任務與要求2二總體框圖2三、選擇器件3四、功能模塊14五、總體設(shè)計電路圖19六、設(shè)計心得與體會20簡易公用電話計時器一、設(shè)計任務與要求簡易電話計時器是采用數(shù)字電路實現(xiàn)“分”和“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。本次設(shè)計主要有石英晶體震蕩電路，分頻器，計數(shù)器，譯碼顯示器和報警電路。要求利用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計、接線和調(diào)試一臺簡易電話計時器電路，具體要求如下：1、每一秒鐘計時一次。2、具有手動復位功能。3、每一分鐘報警一次。4、要求用石英晶體產(chǎn)生

2、脈沖信號，然后分頻得到1HZ的時鐘信號。二、總體框圖石英晶體震蕩電路分頻器秒計時器分計時器報警電路譯碼顯示器 圖1 總體框圖1.石英晶體震蕩電路：用石英晶體產(chǎn)生整個設(shè)計的脈沖信號。2.分頻器：分頻得到計時器需要的1HZ時鐘信號。3.秒計時器：由兩片74LS160構(gòu)成的60進制計數(shù)器。4.分計時器：由兩片74LS160構(gòu)成的100進制計數(shù)器。5.報警電路：每一分鐘報警一次。由發(fā)光二極管的點亮條件設(shè)計電路。三、選擇器件1、74LS160（本實驗需要4片） 74LS160為十進制同步加法計數(shù)器，它具有數(shù)據(jù)輸入端A,B,C,D,同步置數(shù)端LOAD,異步清零端CLR和計數(shù)控制端ENT和ENP,為方便級聯(lián)

3、，設(shè)置了進位輸出端RCO. （a）邏輯符號 （b）邏輯框圖圖2 邏輯符號與邏輯框圖 邏輯功能表如下： 表1 74LS160功能表CPEP ET工作狀態(tài)×0×× ×置零10× ×預置數(shù)×110 1保持×11× 0保持（但C=0）111 1計數(shù)其內(nèi)部原理圖如下圖所示： 圖3 內(nèi)部原理圖邏輯功能描述如下：由邏輯圖與功能表知，在CT74LS160中LD為預置數(shù)控制端，D0-D3為數(shù)據(jù)輸入端，C為進位輸出端，RD為異步置零端，Q0-Q3位數(shù)據(jù)輸出端，EP和ET為工作狀態(tài)控制端。當RC=0時所有觸發(fā)器將同時被置零，而

4、且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響。當RC=1、LD=0時，電路工作在預置數(shù)狀態(tài)。這時門G16-G19的輸出始終是1，所以FF0-FF1輸入端J、K的狀態(tài)由D0-D3的狀態(tài)決定。當RC=LD=1而EP=0、ET=1時，由于這時門G16-G19的輸出均為0，亦即FF0-FF3均處在J=K=0的狀態(tài)，所以CP信號到達時它們保持原來的狀態(tài)不變。同時C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0、則EP不論為何狀態(tài)，計數(shù)器的狀態(tài)也保持不變，但這時進位輸出C等于0。當RC=LD=EP=ET=1時，電路工作在計數(shù)狀態(tài)。從電路的0000狀態(tài)開始連續(xù)輸入16個計數(shù)脈沖時，電路將從1111的狀態(tài)返回0000的狀態(tài)，C端從高電

5、平跳變至低電平。利用C端輸出的高電平或下降沿作為進位輸出信號。2、74LS00（本實驗需要3片）74LS00是四組二輸入端的與非門圖（a）邏輯框圖 圖（b）邏輯符號 圖4 邏輯框圖與邏輯符號 邏輯功能表如下圖 表2 74LS00功能表 與非門圖形符號 圖5 圖形符號邏輯函數(shù)式Y(jié)=邏輯功能描述如下： 其中A、B為輸入端，Y為輸出端。 當輸入端A=0，B=0時，輸出端Y為高電平，即Y=1； 當輸入端A=0，B=1時，輸出端Y為高電平，即Y=1； 當輸入端A=1，B=0時，輸出端Y為高電平，即Y=1； 當輸入端A=1，B=1時，輸出端Y為低電平，即Y=0； 即兩個輸入端A、B的輸入電平只要有一個是低

6、電平0，輸出端Y就為高電平1；只有A、B兩個輸入端的電平同時為1時，輸出端Y才為低電平0。3、74LS08（本實驗需要2片）74LS0874LS08是四組二輸入端的與門。 圖（a）邏輯框圖 圖（b）邏輯符號圖6 邏輯框圖與邏輯符號 其邏輯功能表如下： 表3 74LS08的功能表1A1B1Y2A2B2Y3A3B3Y4A4B4Y000000000000010010010010100100100100111111111111其邏輯功能描述如下： 當兩個輸入端A=0，B=0時，輸出端Y為低電平0，即Y=0； 當兩個輸入端A=0，B=1時，輸出端Y為低電平0，即Y=0； 當兩個輸入端A=1，B=0時，輸

7、出端Y為低電平0，即Y=0； 兩個輸入端A=1，B=1時，輸出端Y為低電平1，即Y=1； 即只要兩個輸入端A、B的輸入電平有一個是低電平0，輸出端Y即為低電平0。只有A、B的輸入電平全為1，輸出端Y才為高電平1。4、74LS04（本實驗需要3片） 74LS04是六組TTL構(gòu)成的非門 圖（a）邏輯框圖 圖（b）邏輯符號圖7 邏輯框圖與邏輯符號 邏輯功能表如下： 表4 74LS04功能表非門圖形符號： 圖8 圖形符號邏輯函數(shù)式Y(jié)= 邏輯功能描述如下：當輸入端為低電平0時，輸出端為高電平1；當輸入端為低電平1時，輸出端為高電平0；即輸出端的電平與輸入端的電平總是相反的。5、LED（本實驗需要4個）

8、LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠、規(guī)格品種全等特點。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標志。下圖為共陰管和共陽管的電路以及共陽LED七段數(shù)碼管外引線排列： 圖9 共陰管和共陽管以及七段數(shù)碼管一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位09十進制數(shù)和一個小數(shù)點。小型數(shù)碼管（0.5吋和0.36吋）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）顏色不同略有差別，通常約為2-2.5V，每個發(fā)光

9、二極管的點亮電流在5-10mA。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數(shù)字就需要有一個專門的譯碼器，有些譯碼器不但要完成譯碼功能，還帶有驅(qū)動電路，以驅(qū)動數(shù)碼管工作。BCD碼七段譯碼驅(qū)動器有共陽和共陰兩類。型號有74LS47（共陽）、74LS48（共陰）、CC4511（共陰）等。下圖為BCD碼七段顯示譯碼器功能表。表5 BCD碼七段顯示譯碼器功能表 本實驗采用的為DCD_HEX，管腳1 2 3 4分別接輸出端的、，圖形顯示如下圖所示： 圖10 外形圖6、異步二進制計數(shù)器CD4040數(shù)字集成電路CD4040的邏輯功能是：12位二進制串行計數(shù)器/分頻器4040邏輯符號圖11 邏輯符號 CD4040

10、功能表 表6 CD4040功能表輸入輸出LCOUNTH0CD4040管腳圖圖12 CD4040管腳圖7、JK觸發(fā)器74LS73：邏輯符號如下圖圖13 邏輯符號功能表表7 74LS73功能表8、石英晶體振蕩電路9、發(fā)光二極管（本實驗需要1個） 用于顯示報警電路。10、電阻若干個11、直流穩(wěn)壓電源（本實驗需要1個） 采用5V的只留穩(wěn)壓電源。12、數(shù)字電子技術(shù)試驗箱 用于搭接硬件，從而驗證試驗結(jié)果四、功能模塊1、秒脈沖發(fā)生器圖14 秒脈沖發(fā)生器由于f=32768Hz頻率比較高，為了得到低頻信號且又能滿足定時要求的脈沖，可采用CD4040二進制計數(shù)器/分頻器進行分頻。CD4040是由12個T型觸發(fā)器組

11、成的串行二進制計數(shù)器/分頻器。在串聯(lián)3個JK觸發(fā)器。復位端高電平有效，2個輸入端，一個是時鐘CP，一個是復位清零端，有12個分頻輸出端Q1-Q12,最大分頻系數(shù)為214=4096。n位二進制計數(shù)器的最高位輸出信號的頻率fn 與計數(shù)器脈沖頻率fcp的關(guān)系為fn=fcp/2n ?，F(xiàn)選擇12位異步二進制計數(shù)器CD4040，則CD4040計數(shù)器最高位輸出頻率為 f12=f0=fcp/212=8Hz 電路如圖，CR為清零端。利用Multism2001的仿真結(jié)果如下圖所示:圖15 f=32.768khz圖16 f=8hz 圖17 f=1hz2、計數(shù)譯碼顯示秒計時電路圖所示為用兩片74LS160構(gòu)成的六十進

12、制計數(shù)器，其中一片74LS160用預置數(shù)法接成六進制計數(shù)器，然后兩片異步方式串聯(lián)連接，實現(xiàn)個位十進制，十位六進制的功能?？梢宰鳛槊氲挠嫈?shù)單元。當計數(shù)到59時，再來一個脈沖變成00，然后再重新開始計數(shù)。圖18 秒計時電路(2)分計時電路圖所示為74LS160采用異步方式級聯(lián)成一百進制計數(shù)器，可以作為分的計數(shù)單元。因為第一片74LS160的進位信號RCO在計數(shù)值為1001時跳到高電平，在下個CP到來時，計數(shù)值跳到0000時再跳回低電平，產(chǎn)生下降沿，所以RCO須通過與非門連接到高位的時鐘CP，以滿足第二片74LS160上升沿時鐘的要求圖19 分計時電路3復位電路利用開關(guān)控制清零端CLR，當開關(guān)閉合時

13、，為高電平；當開關(guān)斷開時，為低電平，CLR有效，輸出為零，及譯碼管顯示零。圖20 復位電路4報警電路當三極管的b端為高電平時，三極管飽和導通，發(fā)光二極管通電報警。圖21 報警電路 圖22 實現(xiàn)報警電路五、總體設(shè)計電路圖利用六十進制計數(shù)器來實現(xiàn)每一分鐘計時一次，并且來控制每一分鐘報警一次，報警電路是由發(fā)光二極管構(gòu)成的。用一百進制計數(shù)器是為了實現(xiàn)分鐘的計時。用石英晶體產(chǎn)生脈沖信號，然后CD4040和三個JK觸發(fā)器來實現(xiàn)二的十四次方的分頻，使輸出為1HZ。 圖23 總體電路圖六、課程設(shè)計體會 在此次簡易公用電話計時器設(shè)計過程中,我更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。 尤其是在連接一百進制,六十進制的進位的接法中,更要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了。在設(shè)計電路中,往往是先仿真后連接實物圖，在仿真時我深刻的體會到理論與實踐的差距，記得第一次連接計數(shù)譯碼顯示電路時，秒顯示器變到五十八秒時分顯示器就變成了一分鐘，我仔細查電路，發(fā)現(xiàn)一點錯都沒有，后來才知道是因為延遲的影響，改正后終于做對了，這個失誤就是由于沒有在意到理論與實踐的不同。在連接實物圖時,我會發(fā)現(xiàn)有時仿真和電路連接并不是完全一致的,例如仿真的連接示意圖中,往往沒有接高電平的16腳或14腳以及接低電平的7腳或8腳,因此在實際的電路