电力电子课程设计--投币电话控制器.docx
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上海电力学院
课题名称投币电话控制器
课题代码216
院(系)
专业
班级
学号及姓名
时间
指导教师签名:
教研室主任(系主任)签名:
目录
一、设计任务分析……………………………………………………………………….3
1.设计目的……………………………...............….……3
2.设计内容、要求及方案……………………………3
二、总体电路设计……………………………………………………………………….4
1.总电路仿真图…………………………………….……4
2.各部分电路原理和设计说明………………….5
三、个人设计部分……………………………………………………………………….11
1.数码管的显示………………………………………..11
2.开关控制电路的实现……………………………13
四、实验小结………………………………………………………………………………16
1.注意事项……………………………………………….17
2.实验心得及体会…………………………………..17
五、实物图………………………………………………………………………………….18
六、参考文献………………………………………………………………………………20
七、致谢………………………………………………………………………………………20
一、设计任务分析
1.设计目的
1)了解并掌握电子电路的一般设计方法,具备初步的独立设计能力。
2)通过查阅手册和文献资料,进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用的原则;进一步掌握电子仪器的正确使用方法。
3)学会使用EDA软件Multisim对电子电路进行仿真设计。
4)初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。
5)提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力,学会撰写课程设计总结报告;培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.设计内容、要求及设计方案
1)任务
设计并制作1个投币电话控制器。
2)基本要求
①通话时间规定为3min,即每投入一次通话硬币可通话一个计时单元(3min)。
②在通话开始时,以绿灯提示。
通话结束前20s,以红灯提醒通话者注意时间,并开始用数字显示通话剩余时间,每通话1s,数字自动减1。
③数字显示为零之前,如不再投币,电话将自动切断,控制器停止工作;如继续投币,通话仍可继续。
3)设计方案
当投有硬币时,秒脉冲发生器开始工作,输出秒脉冲信号。
计数器在接收到秒脉冲信号时,设置通话时间为3分钟,并开始计数,共180秒。
控制电路在160秒通话期间,绿灯亮,表示一切正常;当超过160秒,控制电路使得红灯亮,并且开始显示通话剩余时间,每通话1s,数字自动减1。
脉冲切断,通话也随之切断,显示电路与减法器主要是为最后剩余时间进行倒计时与显示时间。
数字显示为零之前,如不再投币,电话将自动切断,控制器停止工作;如继续投币,重复此前的工作过程。
4)主要元器件
包括:
计数器74192(3个),四2输入与门7408(3个),四2输入或门7432(1个),双4输入或门4072(1个),六反相器7404(1个),R3240R6C(红1个),R3240G6C(绿1个),开关元件(1个),定时器555(1个),电阻和电容若干
二、总体电路设计
1.总电路仿真图
1)投币后前160秒运行截图如图1所示
运行状态:
绿灯亮,开始三分钟计时
图1总电路仿真图(a)
2)投币后最后二十秒倒计时运行截图如图2所示
运行状态:
红灯亮,数码管显示20秒倒计时
图2总电路仿真图(b)
2.各部分电路原理和设计说明
1)秒脉冲发生电路
①原理
秒脉冲发生电路是由555定时器和一些电阻和电容原件组成的多谐振荡器来实现的。
多谐振荡器是一种在接通电源后,就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器,常作为脉冲信号源。
我们用555定时器构成一个周期为1s的多谐振荡器来实现投币电话控制器的计时功能。
其输出周期为的脉冲信号。
要得到周期为1s的脉冲信号,令C=10μF,R1=120kΩ,则R2=(10+1)kΩ。
其原理图如图3所示:
图3秒脉冲发生电路原理图
②555定时器简介
555定时器功能表:
555定时器引脚图如图4所示:
图4555定时器引脚图
555集成电路是8脚封装,双列直插型,如图上所示。
其中6脚称阈值端(TH),是上比较器的输入;2脚称触发端(TR),是下比较器的输入;3脚是输出端(Vo),它有0和1两种状态,由输入端所加的电平决定;7脚是放电端(DIS),它是内部放电管的输出,有悬空和接地两种状态,也是由输入端的状态决定;4脚是复位端(MR),加上低电平时可使输出为低电平;5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值;8脚是电源端,1脚是地端。
③工作过程
仿真部分截图如图5所示:
图5秒脉冲发生电路
接通电源瞬间t=0时,充电电流由VCC→R1→R2→C→地,电容两端电压VC随充电按指数上升,充电时间常数为τ1=R1+R2×C。
电容上电压上升正向阈值电压23VCC时,555定时器复位输出低电平,放电管导通,充电结束。
定时器输出为低电平时,放电管导通,电容放电。
放电电流由C→R2→T→地,电容两端电压随放电从正向阈值电压23VCC开始指数规律下降,放电时间常数τ2=R2×C。
电容上电压下降到反向阈值电压13VCC时,定时器输出高电平,放电管截至,放电结束。
电容放电结束,电路又开始新一轮的充放电。
充电从13VCC到23VCC结束,放电从23VCC到13VCC结束,周而复始,定时器输出周期方波信号。
2)计数器部分电路
①原理
由于通话时间设定为三分钟,我们用三片74192计数器完成180秒的计数,并利用74192的减计数功能实现最后20秒的倒计时。
②74192芯片简介
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
CPU为加计数时钟输入端,CPD为减计数时钟输入端。
PL为预置输入控制端,异步预置。
MR为复位输入端,高电平有效,异步清除。
CO为进位输出1001状态后负脉冲输出。
BO为借位输出0000状态后负脉冲输出。
其引脚图如图6所示:
图674192引脚图
74192功能表:
③工作过程
第一片74192,采用预置法,将其预置端输入1001状态,实现从9到0的十进制减计数,作为180秒计时的个位,其CP脉冲为555定时器输出的秒脉冲。
第二片74192,采用预置法,将其预置端输入0111状态,实现从7到0的八进制减计数,作为180秒计时的十位,其触发脉冲为上一片74192的BO输出信号。
第三片74192,采用预置法,将其预置端输入0001状态,实现从1到0的二进制减计数,作为180秒计时的百位,其触发脉冲为上一片74192的BO输出信号。
总体来说,我们将三个74LS192组合成一个初始值为179的减法器,由秒脉冲提供信号。
个位上的74LS192接收到由秒脉冲发生器发出的信号,开始计数,当个位上为递减到0时,BO向十位上的74LS192传递一个低电平,十位上的74LS192计数;当十位递减到0时向百位上的74LS192传递一个低电平,百位计数。
仿真电路图如图7所示:
图7计时电路部分仿真图
3)控制电路
此电路在180秒的前160秒通话期间,绿灯亮,表示一切正常,而当时间超过160秒的后20秒里,红灯亮。
即计数器在180-020的过程中,绿灯一直亮;当计数器在019-000的过程中为红灯。
当计数器在019-000时,百位上74LS192为0000,十位上74LS192为000X,故我们用百位和十位上的输出端的电位特性控制红灯和绿灯亮。
用四输入或门将百位74LS192的Q0与十位74LS192的Q3,Q2,Q1连接,输出端与绿灯用与门连接(与门的另一个输入端接控制电路停止的信号),输出端接非门,再接与门和红灯连接(与门的另一个输入端接控制电路停止的信号)。
当计数器在019-000时,四输入或门的输入全为0,输出为0,红灯亮,而绿灯前面的与门输出为0,所以不亮。
其他情况下,四输入或门的输入不全为0,所以输出为1,此时绿灯亮,而红灯不亮。
其仿真电路图如图8所示:
图8控制电路部分仿真图
4)倒计时数码显示部分电路
由于本次设计的投币电话控制器要求仅在通话时间三分钟的最后20秒倒计时显示,所以仅将十位和个位的输出与数码显示管连接,为保证只有最后20秒是显示,即要求红灯亮时显示倒计时,将十位和个位的74192每个输出端都通过二输入与门与数码显示管连接,与门的另一个输入端连在一起后与红灯的控制信号相连(即连接到红灯前面的与门的输出端)。
仿真电路图如图9所示:
图9倒计时数码显示部分仿真图
三、个人设计部分
在本次设计中,我主要负责设计数码管的显示、开关控制电路部分(包括各部分电路的总体连接,保证正常启动和停止)。
1.数码管的显示
①数码显示原理
数字显示电路通常由译码器和显示器等部分组成。
该仿真实验中,数据已由十进制8421BCD码给出,因此可直接连接数码显示器。
数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件。
实验中采用七段式数字显示方式,如图表示七段式数字显示器利用不同发光段的组合。
其功能表如下表所示:
数字显示器真值表:
十进制数或功能
输入
输出
字形
D3
D2
D1
D0
a
b
c
d
e
f
g
0
L
L
L
L
H
H
H
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0
1
L
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1
2
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2
3
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3
4
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4
5
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H
5
6
L
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H
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L
H
H
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H
6
7
L
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H
H
H
H
H
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L
7
8
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H
H
H
H
H
H
8
9
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L
H
H
H
H
H
L
H
H
9
图10数码显示管分段布置图
由于本次设计的投币电话控制器要求仅在通话时间三分钟的最后20秒倒计时显示,所以仅将十位和个位的输出与数码显示管连接。
为保证只有最后20秒时显示,即要求红灯亮时显示倒计时,将十位和个位的74192每个输出端都通过二输入与门与数码显示管连接,与门的另一个输入端连在一起后与红灯的控制信号相连(即连接到红灯前面的与门的输出端)。
这样连接,当计数电路计数到最后二十秒时