投幣電話事件控制器

山東科技大學(xué)電工電子實驗教學(xué)中心創(chuàng)新性實驗設(shè)計報告實驗項目名稱投幣電話時間控制器的設(shè)計組長姓名周吾昆＿＿＿＿學(xué)號0901101336手mail1097001426@成員姓名公維龍＿＿＿＿學(xué)號0901101306＿成員姓名馮明偉＿＿＿＿學(xué)號0901101304＿專業(yè)電子信息工程＿班級＿09-1＿＿指導(dǎo)教師及職稱衛(wèi)永琴開課學(xué)期2011學(xué)年2012學(xué)年＿3學(xué)期提交時間2011年5月16日一、實驗摘要本課題主要討論的是投幣電話控制器。用投幣電話控制器的投幣電話的特點是操作簡單，只須拿起話筒，投入一次通話硬幣，即可接通電話，通話時間為3分鐘。投幣電話控制器應(yīng)用計時、定時和控制等部分組成，其主要工作機理是投入一次通話硬幣時，計時器開始計時，到規(guī)定的時間內(nèi)發(fā)出警告，以提醒使用者?？刂破髦饕强刂聘鞑糠謫卧娐?，控制執(zhí)行電路。這部分電路主要有時鐘計數(shù)器來實現(xiàn)控制。所以說，時鐘計數(shù)器是用電話控制器的主要部分。二、實驗?zāi)康谋菊n題設(shè)計一個時間控制電路,控制投幣電話的通話時間,投幣后,當(dāng)通話時間超過3分鐘時電話將自動掛斷.通過此電路實現(xiàn)自動控制的目的.（1）通話時間為3分鐘，即每投入一次硬幣可通話一個計時單元（3分鐘）。（2）在通話開始時，以綠燈提示；通話結(jié)束前20秒，以紅燈提醒通話者注意時間，并開始用數(shù)字顯示通話剩余時間，每通話1秒，數(shù)字自動減1。（3）數(shù)字顯示為0之前，如不再投幣，電話自動切斷，控制器停止工作；如繼續(xù)投幣，通話仍可繼續(xù)。三、實驗設(shè)計方案1、實驗原理根據(jù)投幣電話控制器的設(shè)計任務(wù)和要求，及其概述中介紹的電話控制器電路的基本組成可知，投幣電話控制器是由秒脈沖發(fā)生器、二十進制加法計數(shù)器、控制電路、譯碼顯示電路、減法器、定時電路組成，其電路框圖如圖所示：控制電路預(yù)制時間控制電路預(yù)制時間減法器減法器執(zhí)行機構(gòu)二十進制加法計數(shù)器執(zhí)行機構(gòu)二十進制加法計數(shù)器秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器顯示電路工作原理：當(dāng)投有硬幣時，秒脈沖發(fā)生器開始工作，輸出秒脈沖信號。二十進制加法計數(shù)器在接收到秒脈沖信號時，開始計數(shù)，該電路可用一片CD4518來實現(xiàn)。在通話時間為3分鐘內(nèi)，共180秒，二十進制加法計數(shù)器每計到20秒時就輸出一個信號，送到控制電路完成下一步功能。控制電路在160秒通話期間，綠燈亮，表示一切正常；當(dāng)超過160秒，紅燈亮，并且開始計時。當(dāng)脈沖切斷，通話也隨之切斷，顯示電路與減法器主要是為最后剩余時間進行倒計時與顯示時間。2.實驗內(nèi)容（1）秒脈沖發(fā)生器此電路是由CD7555組成的多諧振蕩器，該電路的輸出脈沖周期為T=0.7（R1+2R2）C。若T=1s，令C=10μF，R2=33kΩ，則R1=77kΩ，取一固定電阻68kΩ與一個10kΩ的電位器RP串聯(lián)代替電阻R2。在調(diào)試電路時，調(diào)節(jié)電位器RP，使輸出脈沖周期為1s。電路如圖所示：根據(jù)多諧振蕩器的特點：（1）電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。（2）通過電容的充電和放電，使兩個暫穩(wěn)態(tài)相互交替，產(chǎn)生自激振蕩，無需外觸發(fā)。（3）輸出周期性的脈沖信號?？芍?，此電路的工作原理為：接通電源瞬間t=t0時，電容C來不及充電，C為低電平；此時，555定時器內(nèi)R=0，S=1，觸發(fā)器置1，即Q=1，輸出U0為高電平。同時，由于Q=1，放電管V截止，電容C開始充電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。此電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，它們交替變化，輸出連續(xù)的矩形波脈沖信號。（2）二十進制加法計數(shù)器由于通話時間為3分鐘，共180秒，用二十進制加法器可把時間分為9段，當(dāng)計數(shù)器每計到20秒時，就輸出一個信號，送到控制電路完成下一步功能。二十進制加法計數(shù)器連接如圖所示：該電路用一片CD4518來實現(xiàn)。一片CD4518內(nèi)部有兩個同步十進制計數(shù)器，因此，用CD4518來實現(xiàn)比較合理。CD4518是最基本的同步計數(shù)器，有簡單的“加計數(shù)”和“清零”功能。CD4518中兩個計數(shù)器除電源共用外，各自獨立。各計數(shù)器中有時鐘輸入端CP和使能端EN，清零端CR，行輸出端依次為Q0、Q1、Q2、Q3。下面的1個計數(shù)器標(biāo)號為1，在各引出端加1，如1CP，上面的1個計數(shù)器目標(biāo)號2，各引出端加2，如2CP等。CD4518中CP輸入端和EN使能端，使計數(shù)器中的觸發(fā)器有上升沿觸發(fā)方式和下降沿觸發(fā)方式兩種供選用。EN接高電平1，計數(shù)信號由CP端輸入，此時為CP信號上升沿觸發(fā)，CP接低電平，計數(shù)信號由EN端輸入，此時為計數(shù)信號的下降沿觸發(fā)。即當(dāng)EN=0時，計數(shù)器處于保持狀態(tài)。CR為計數(shù)器的清零端，當(dāng)CR上加高電平，即CR=1時，計數(shù)器清零；當(dāng)CR=0時，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)或保持狀態(tài)。CD4518功能表：ENCRCP執(zhí)行功能X1X清零10↑加計數(shù)↓00加計數(shù)00X保持（3）控制電路控制電路由CD4017十進制計數(shù)/脈沖分配器加上發(fā)光二級管組成，主要作用是時間控制。此電路在180秒的前160秒通話期間，綠燈亮，表示一切正常，而當(dāng)時間超過160秒后，紅燈亮，并且開始計時。基主要功能是接受二十進制加法器的輸出信號，并把每一個信號分配輸出。CD4017是一個脈沖分配器，它將每一個輸入脈沖從Y0—Y9分別輸出并且在20秒開始倒計時。當(dāng)脈沖切斷，通話也隨之切斷?？刂齐娐啡鐖D所示：CD4017內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整體輸出時序就是Y0、Y1、Y2…Y9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。CD4017有CP輸入端和EN使能端，CR為清零端，當(dāng)在CR端上加高電平或正脈沖時，其輸出Y0為高電平，其余輸出端（Y1~Y9）均為低電平。CD4017有10個輸出端（Y0~Y9）和1個進位輸出端C0。輸入10個計數(shù)脈沖，C0就可得到1個進位正脈沖，該進位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。由此可知，當(dāng)CD4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)。當(dāng)CD4017的輸出端依次輸出高電平時，驅(qū)動發(fā)光二極管也被點亮。發(fā)光二極管要求驅(qū)動電壓小一點，一般在1.66V左右，電流在5mA左右。330Ω的電阻在電路中走限流作用。（4）譯碼顯示電路譯碼顯示電路由七段譯碼器/驅(qū)動器CD4511組成（帶BCD鎖存）。它可以根據(jù)其輸入端的信號驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。在此，其輸入是最后20秒的剩余時間。其輸入是最后20秒的剩余時間。七段顯示譯碼器的每一代碼經(jīng)過譯碼被“辨別“出來的特別電路狀態(tài)，要驅(qū)動某一數(shù)字顯示器的多個筆劃段，使其發(fā)光顯示數(shù)字。CD4511是帶驅(qū)動器的七段顯示譯碼器，能直接驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)光。其引出端中B、C、D、A是BCD碼輸入端，a、b、c、d、e、f、g是譯碼器的輸出端，與半導(dǎo)體數(shù)碼管的相應(yīng)七端相連接，VDD接+5V電源正極。CD4511用來驅(qū)動共陰極顯示器。CD4511的B、C、D、A為BCD碼輸入端分別同計數(shù)器的輸出端Q3、Q2、Q1、Q0相連，輸入不同的BCD碼，輸出相應(yīng)的七段碼。（1）燈測試輸入端LT：LT稱為燈測檢查。用IT可檢查七段顯示器各字段工作是否正常。當(dāng)LT=0時，不論D、C、B、A狀態(tài)如何，輸出或非門被封鎖，輸出均為“1”，所以顯示器顯示數(shù)字“8”。（2）滅燈輸入端BI：BI滅燈輸入可以顯示燈熄滅，共功能與LT恰好相反。通常在有效數(shù)據(jù)的最高位與最低位的零不需要顯示時使用。（3）數(shù)據(jù)鎖存輸入端LE：當(dāng)LE=0→1時，譯碼器則將當(dāng)前數(shù)據(jù)鎖定，以便能夠更清楚地看清譯碼器譯出的數(shù)據(jù)。注意：輸入端B、C、D、A數(shù)據(jù)級名值大于9時，譯碼器將輸出全部置零，使譯碼器不能顯示。2ES102為共陰顯示器，為使CD4510與2ES102匹配，需連接7個200的電阻走限流作用。為了能實現(xiàn)設(shè)計要求，需用兩個CD4511和兩個顯示器2ES102來組成電路。（5）減法器減法器是由可預(yù)置的十進制同步加/減計數(shù)器CD4510組成的二十進制減法計數(shù)器，其電路如圖所示：CD4510是可預(yù)置數(shù)BCD碼可逆計數(shù)器。它具有清零、預(yù)置數(shù)、加計數(shù)和減計數(shù)等四種功能。其真值表如表所示：CPLDU/DCECR功能X1X00不計數(shù)↑0100加計數(shù)↑0000減計數(shù)XXX10預(yù)置數(shù)XXXX0復(fù)位U/D為加/減計數(shù)控制端，當(dāng)該端為高電平時進行加計數(shù)，反之，進行減計數(shù)。在此電路中，U/D就進行減計數(shù)。CE為預(yù)置計數(shù)控制端，該端為高電平時，停止計數(shù)，并可以端輸入預(yù)置數(shù)，這時輸出端Q0~Q3將和D0~D3的狀態(tài)相同。當(dāng)CE端恢復(fù)低電平時，計數(shù)器從預(yù)置值開始進行加計數(shù)或減計數(shù)。當(dāng)計數(shù)值為9（1001）時，進位端C0由高電平變成低電平，輸出一個時鐘周期的負脈沖。CR為復(fù)位端，該端為高電平時，計數(shù)清零，Q0~Q3輸出均為低電平。LD為計數(shù)禁止端，該端為高電平時，禁止計數(shù)，輸出保持不變。此電路用CD4510級聯(lián)可逆計數(shù)的連接方法。它為同步級聯(lián)方式（各級時鐘脈沖CP輸入端并聯(lián)），當(dāng)?shù)臀挥嫈?shù)到9或者變“0”時，時位輸出C0產(chǎn)生低電平，于是允許下一級（較高位）進行進位或借位計數(shù)。不需要CE和CR功能（預(yù)置數(shù)和復(fù)位）時，應(yīng)把這些管腳接VSS電平。當(dāng)控制電路Y8輸出高電平時，通過與非門與計數(shù)器CP端相連，啟動計數(shù)譯碼顯示電路開始工作。計數(shù)器在秒脈沖信號的作用下，開始減法計數(shù)，直到計數(shù)為零為止。用10kΩ的電阻和10μF的電容組成微分電路以實現(xiàn)控制電路對此電路的控制。（6）預(yù)置通話時間預(yù)置時間即為通話的控制時間，具體時間設(shè)定為3分鐘，現(xiàn)用CD7555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)通話時間的控制。CD7555是CMOS集成定時器，主要管腳有：VSS接地端；TR觸發(fā)端；OUT輸出端；R復(fù)位端；C-V電壓控制端；TH閾值輸入端；D放電端；VDD電源端。其功能表為：THTRROUTVXX00導(dǎo)通<2/3VDD<1/3VDD11截止>2/3VDD>1/3VDD10導(dǎo)通<2/3VDD>1/3VDD1保持原態(tài)保持原態(tài)由CD7555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點是：（1）有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(tài)。（2）在觸發(fā)脈沖作用下，電路將從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)停留一段時間后，又自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)時間的長短取決于電路本身參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無關(guān)。根據(jù)這一特點，可知該電路的脈沖寬度Tw=1.1RC，若Tw=3min，令C=10μF，則R=79kΩ，所以選取一固定電阻68kΩ與一個100kΩ的電位器RP串聯(lián)代替電阻R。在調(diào)試電路時，調(diào)節(jié)電位器RP，使輸出脈沖周期為3分鐘。此電路如圖所示：2、元器件及參數(shù)的選擇：兩個發(fā)光二極管；一個三極管（NPN型）；一個二極管；兩個繼電器KA；兩個與非門電路；電阻：200Ω（1千個）；470Ω（2個）；33kΩ（1個）；330Ω（1個）；100kΩ（3個）；68kΩ（2個）；電位器：10kΩ（1個）；100kΩ（1個）；電容：0.01μF（5個）；10μF（1個）。芯片：兩片集成定時器CD7555；一片計數(shù)器CD4518；一片十進制計數(shù)/脈沖分配器CD4017；兩片七段譯碼器/驅(qū)動器；CD4511（帶BCD鎖存）；兩片十進制同步加/減計數(shù)器CD4510。實驗總電路圖：4、心得體會：通過對此電路的設(shè)計，使我們了解到此電路主要是由秒脈沖發(fā)生器、二十進制加法計數(shù)器、控制電路、譯碼顯示電路、減法器、定時電路組成。此電路不僅電路簡單，而且易于實現(xiàn)。并且，通過對此電路的設(shè)計，也使我對電子技術(shù)知識得到更深刻的了解，使我的專業(yè)知識得到了貫徹性的運用，雖然，此電路的實現(xiàn)可以用其它電路來代替，而且還有許多不足，但是通過自己對其電路的設(shè)計，使我了解到了關(guān)于電路設(shè)計方面的知識與方法，為以后自己步入社會實踐奠定了基礎(chǔ)。回顧起此次數(shù)電課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得