简易公用电话计时器.docx
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简易公用电话计时器
电子课程设计
——简易公用电话计时器
学院：
电子信息工程学院
专业：
电气081502
姓名：
渠爱霞
学号：
200815010218
指导教师：
闫晓梅
2010年12月25日
一、设计任务与要求…………………………………………2
…………………………………………………………………
二．总体框图…………………………………………………2
…………………………………………………………………
三、选择器件…………………………………………………3
…………………………………………………………………
四、功能模块…………………………………………………14
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五、总体设计电路图…………………………………………19
…………………………………………………………………
六、设计心得与体会…………………………………………20
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简易公用电话计时器
一、设计任务与要求
简易电话计时器是采用数字电路实现“分”和“秒”数字显示的计时装置。
本次设计主要有石英晶体震荡电路，分频器，计数器，译码显示器和报警电路。
要求利用中、小规模集成电路设计、接线和调试一台简易电话计时器电路，具体要求如下：
1、每一秒钟计时一次。
2、具有手动复位功能。
3、每一分钟报警一次。
4、要求用石英晶体产生脉冲信号，然后分频得到1HZ的时钟信号。
二、总体框图
图1总体框图
1.石英晶体震荡电路：
用石英晶体产生整个设计的脉冲信号。
2.分频器：
分频得到计时器需要的1HZ时钟信号。
3.秒计时器：
由两片74LS160构成的60进制计数器。
4.分计时器：
由两片74LS160构成的100进制计数器。
5.报警电路：
每一分钟报警一次。
由发光二极管的点亮条件设计电路。
三、选择器件
1、74LS160（本实验需要4片）
74LS160为十进制同步加法计数器，它具有数据输入端A,B,C,D,同步置数端LOAD,异步清零端CLR和计数控制端ENT和ENP,为方便级联，设置了进位输出端RCO.
（a）逻辑符号（b）逻辑框图
图2逻辑符号与逻辑框图
逻辑功能表如下：
表174LS160功能表
CP
EPET
工作状态
×
0
×
××
置零
1
0
××
预置数
×
1
1
01
保持
×
1
1
×0
保持（但C=0）
1
1
11
计数
其内部原理图如下图所示：
图3内部原理图
逻辑功能描述如下：
由逻辑图与功能表知，在CT74LS160中LD为预置数控制端，D0-D3为数据输入端，C为进位输出端，RD为异步置零端，Q0-Q3位数据输出端，EP和ET为工作状态控制端。
当RC=0时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。
当RC=1、LD=0时，电路工作在预置数状态。
这时门G16-G19的输出始终是1，所以FF0-FF1输入端J、K的状态由D0-D3的状态决定。
当RC=LD=1而EP=0、ET=1时，由于这时门G16-G19的输出均为0，亦即FF0-FF3均处在J=K=0的状态，所以CP信号到达时它们保持原来的状态不变。
同时C的状态也得到保持。
如果ET=0、则EP不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输出C等于0。
当RC=LD=EP=ET=1时，电路工作在计数状态。
从电路的0000状态开始连续输入16个计数脉冲时，电路将从1111的状态返回0000的状态，C端从高电平跳变至低电平。
利用C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。
2、74LS00（本实验需要3片）
74LS00是四组二输入端的与非门
图（a）逻辑框图图（b）逻辑符号
图4逻辑框图与逻辑符号
逻辑功能表如下图
表274LS00功能表
与非门图形符号
图5图形符号
逻辑函数式Y=
逻辑功能描述如下：
其中A、B为输入端，Y为输出端。
当输入端A=0，B=0时，输出端Y为高电平，即Y=1；
当输入端A=0，B=1时，输出端Y为高电平，即Y=1；
当输入端A=1，B=0时，输出端Y为高电平，即Y=1；
当输入端A=1，B=1时，输出端Y为低电平，即Y=0；
即两个输入端A、B的输入电平只要有一个是低电平0，输出端Y就为高电平1；只有A、B两个输入端的电平同时为1时，输出端Y才为低电平0。
3、74LS08（本实验需要2片）
74LS0874LS08是四组二输入端的与门。
图（a）逻辑框图图（b）逻辑符号
图6逻辑框图与逻辑符号
其逻辑功能表如下：
表374LS08的功能表
1A
1B
1Y
2A
2B
2Y
3A
3B
3Y
4A
4B
4Y
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
其逻辑功能描述如下：
当两个输入端A=0，B=0时，输出端Y为低电平0，即Y=0；
当两个输入端A=0，B=1时，输出端Y为低电平0，即Y=0；
当两个输入端A=1，B=0时，输出端Y为低电平0，即Y=0；
两个输入端A=1，B=1时，输出端Y为低电平1，即Y=1；
即只要两个输入端A、B的输入电平有一个是低电平0，输出端Y即为低电平0。
只有A、B的输入电平全为1，输出端Y才为高电平1。
4、74LS04（本实验需要3片）
74LS04是六组TTL构成的非门
图（a）逻辑框图图（b）逻辑符号
图7逻辑框图与逻辑符号
逻辑功能表如下：
表474LS04功能表
非门图形符号：
图8图形符号
逻辑函数式Y=
逻辑功能描述如下：
当输入端为低电平0时，输出端为高电平1；
当输入端为低电平1时，输出端为高电平0；
即输出端的电平与输入端的电平总是相反的。
5、LED（本实验需要4个）
LED是发光二极管LightEmittingDiode的英文缩写。
LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。
它采用低电压扫描驱动，具有：
耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。
目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。
下图为共阴管和共阳管的电路以及共阳LED七段数码管外引线排列：
图9共阴管和共阳管以及七段数码管
一个LED数码管可用来显示一位0—9十进制数和一个小数点。
小型数码管（0.5吋和0.36吋）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）颜色不同略有差别，通常约为2-2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5-10mA。
LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，有些译码器不但要完成译码功能，还带有驱动电路，以驱动数码管工作。
BCD码七段译码驱动器有共阳和共阴两类。
型号有74LS47（共阳）、74LS48（共阴）、CC4511（共阴）等。
下图为BCD码七段显示译码器功能表。
表5BCD码七段显示译码器功能表
本实验采用的为DCD_HEX，管脚1234分别接输出端的Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３，图形显示如下图所示：
图10外形图
6、异步二进制计数器CD4040
数字集成电路CD4040的逻辑功能是：
12位二进制串行计数器/分频器
4040逻辑符号
图11逻辑符号
CD4040功能表
表6CD4040功能表
输入
输出
L
COUNT
H
0
CD4040管脚图
图12CD4040管脚图
7、JK触发器74LS73：
逻辑符号如下图
图13逻辑符号
功能表
表774LS73功能表
8、石英晶体振荡电路
9、发光二极管（本实验需要1个）
用于显示报警电路。
10、电阻若干个
11、直流稳压电源（本实验需要1个）
采用5V的只留稳压电源。
12、数字电子技术试验箱
用于搭接硬件，从而验证试验结果
四、功能模块
1、秒脉冲发生器
图14秒脉冲发生器
由于f=32768Hz频率比较高，为了得到低频信号且又能满足定时要求的脉冲，可采用CD4040二进制计数器/分频器进行分频。
CD4040是由12个T型触发器组成的串行二进制计数器/分频器。
在串联3个JK触发器。
复位端高电平有效，2个输入端，一个是时钟CP，一个是复位清零端，有12个分频输出端Q1-Q12,最大分频系数为214=4096。
n位二进制计数器的最高位输出信号的频率fn与计数器脉冲频率fcp的关系为fn=fcp/2n。
现选择12位异步二进制计数器CD4040，则CD4040计数器最高位输出频率为f12=f0=fcp/212=8Hz电路如图，CR为清零端。
利用Multism2001的仿真结果如下图所示:
图15f=32.768khz
图16f=8hz
图17f=1hz
2、计数译码显示
⑴秒计时电路
图所示为用两片74LS160构成的六十进制计数器，其中一片74LS160用预置数法接成六进制计数器，然后两片异步方式串联连接，实现个位十进制，十位六进制的功能。
可以作为秒的计数单元。
当计数到59时，再来一个脉冲变成00，然后再重新开始计数。
图18秒计时电路
（2）分计时电路
图所示为74LS160采用异步方式级联成一百进制计数器，可以作为分的计数单元。
因为第一片74LS160的进位信号RCO在计数值为1001时跳到高电平，在下个CP到来时，计数值跳到0000时再跳回低电平，产生下降沿，所以RCO须通过与非门连接到高位的时钟CP，以满足第二片74LS160上升沿时钟的要求
图19分计时电路
3复位电路
利用开关控制清零端CLR，当开关闭合时，为高电平；当开关断开时，为低电平，CLR有效，输出为零，及译码管显示零。
图20复位电路
4报警电路
当三极管的b端为高电平时，三极管饱和导通，发光二极管通电报警。
图21报警电路
图22实现报警电路
五、总体设计电路图
利用六十进制计数器来实现每一分钟计时一次，并且来控制每一分钟报警一次，报警电路是由发光二极管构成的。
用一百进制计数器是为了实现分钟的计时。
用石英晶体产生脉冲信号，然后CD4040和三个JK触发器来实现二的十四次方的分频，使输出为1HZ。
图23总体电路图
六、课程设计体会
在此次简易公用电话计时器设计过程中,我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
尤其是在连接一百进制,六十进制的进位的接法中,更要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。
在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图，在仿真时我深刻的体会到理论与实践的差距，记得第一次连接计数译码显示电路时，秒显示器变到五十八秒时分显示器就变成了一分钟，我仔细查电路，发现一点错都没有，后来才知道是因为延迟的影响，改正后终于做对了，这个失误就是由于没有在意到理论与实践的不同。
在连接实物图时,我会发现有时仿真和电路连接并不是完全一致的,例如仿真的连接示意图中,往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏。
因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的。
但是在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的.。
总之，经过这次的课程设计，我对理论知识有了进一步的理解，尤其时芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
其次是我又明白了许多理论与实践的不同之处，最后就是学会了调试较复杂数字电路的方法，验证所设计电路的功能，增强了动手能力。
总之一句话，在老师的帮助下，这次课程设计收获颇多。
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