投幣電話控制器

1、目 錄1設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求22.方案論證與選擇2 2.1 投幣電話控制器的系統(tǒng)方案2 2.2 投幣電話控制器的方案框圖23.單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇33.1 秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)3 3.2 二-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)4 3.3控制電路的設(shè)計(jì)6 3.4譯碼顯示電路的設(shè)計(jì)7 3.5減法器的設(shè)計(jì)9 3.6 預(yù)置通話時(shí)間電路的設(shè)計(jì)10 3.7 主要元器件的選擇114.系統(tǒng)電路總圖及原理115.經(jīng)驗(yàn)體會136.參考文獻(xiàn)14附錄A：元器件清單15投幣電話控制器的設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求投幣電話是一種運(yùn)用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)電話收費(fèi)的裝置。與磁卡電話比較，其具有電路簡單、控制靈活、制作和調(diào)試簡單，且成本較低的

2、優(yōu)點(diǎn)。投幣電話控制器應(yīng)用計(jì)時(shí)、定時(shí)和控制等部分組成，其主要工作機(jī)理是投入一次通話硬幣時(shí)，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，到規(guī)定的時(shí)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(shí)鐘計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)控制。所以說，時(shí)鐘計(jì)數(shù)器是用電話控制器的主要部分。1.1設(shè)計(jì)要求用按鍵開關(guān)模擬投入通話硬幣，即可接通電話，通話的時(shí)間為175秒。1.通話時(shí)間為175秒，即每投入一次通話硬幣即可通話一個(gè)計(jì)時(shí)單元；2. 在通話開始時(shí)，以綠燈提示，在通話結(jié)束前15秒，以紅燈提醒通話者注意時(shí)間，并開始用數(shù)字顯示通話剩余時(shí)間，每通話一秒，數(shù)字自動減一；3. 數(shù)字顯示為零之前，如果不再投幣，電話將自動切斷

3、，控制器停止工作；如果繼續(xù)投幣，通話仍可繼續(xù)；1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)1. 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2. 元器件及參數(shù)選擇；3. 編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。2. 方案論證與選擇2.1 投幣電話控制器的系統(tǒng)方案根據(jù)投幣電話控制器的設(shè)計(jì)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求，及其設(shè)計(jì)任務(wù)與要求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(jìn)制加法計(jì)數(shù)器、控制電路、譯碼顯示電路、減法器、定時(shí)電路組成。2.2 投幣電話控制器的方案框圖 圖1 投幣電話控制器方案框3. 單元電路的設(shè)計(jì)與元器件選擇投幣電話控制器從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集

4、成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。本設(shè)計(jì)把其分為六個(gè)中小規(guī)模集成電路3.1秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì) 秒脈沖發(fā)生器在CD7555定時(shí)器組成的多諧振蕩器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，振蕩周期為T=0.7（R1+2R2）C。令T=1s，則C=10F，R2=33k，所以R1=77k，取一固定電阻68 k與一個(gè)10 k的滑動變阻器串聯(lián)代替電阻R1。在調(diào)試電路時(shí)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使輸出脈沖周期為1s。根據(jù)多諧振蕩器的特點(diǎn)：（1）電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。（2）通過電容的充電和放電，使兩個(gè)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=

5、0s時(shí)，電容C來不及充電，C為低電平；此時(shí)，555定時(shí)器內(nèi)Rd=0，Sd=1，觸發(fā)器置1，即Q=1，輸出U0為高電平。同時(shí)，由于Q=1，放電管V截止，電容C開始充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。此電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它們交替變化，輸出連續(xù)的矩形波脈沖信號。電路如圖2所示。 圖2 秒脈沖發(fā)生器3.2二-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 由于通話時(shí)間為175秒，用二-十進(jìn)制加法器可把時(shí)間分為9段，當(dāng)計(jì)數(shù)器每計(jì)到20秒時(shí)，就輸出一個(gè)信號，送到控制電路完成下一步功能。二-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器連接如圖3.1所示：圖3.1 二-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器圖3.2 CD4518引腳圖 該部分電路可以用一片CD4518來實(shí)現(xiàn)，CD45

6、18是二-十進(jìn)制（8421編碼）同步加計(jì)數(shù)器，內(nèi)含兩個(gè)單元的加計(jì)數(shù)器，其引腳功能如下：1CP、2CP：時(shí)鐘輸入端。1CR、2CR：清除端。1EN、2EN：計(jì)數(shù)允許控制端。1Q01Q3、2Q02Q3：計(jì)數(shù)器輸出端。VDD：接正電源。VSS：接地。 CD4518是一個(gè)同步加計(jì)數(shù)器，內(nèi)含有兩個(gè)二/十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其功能引腳分別為17和915。其為單路系列脈沖輸入。4路BCD碼信號輸出。 CD4518控制功能：其有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CP和EN。用時(shí)鐘下降沿觸發(fā)，信號由EN輸入，此時(shí)CP端為低電平，同時(shí)復(fù)位端CR也保持低電平，滿足這些條件，電路處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。功能表如表1。時(shí)間1Q31Q21Q11Q00秒000

7、01秒00012秒00103秒00114秒01005秒01016秒01107秒01118秒10009秒100110秒0000表1 CD4518功能表第十秒時(shí)，輸出端1Q3由1跳變到0，因?yàn)槭窍陆笛赜|發(fā)，所以1Q3會向2EN發(fā)射一個(gè)低電平信號，2EN接收到這個(gè)信號，計(jì)數(shù)器開始工作，2Q32Q22Q12Q0變?yōu)?001，第二次接收信號，2Q32Q22Q12Q0變?yōu)?010，此時(shí)2Q1變?yōu)楦唠娖剑瑢⑦@個(gè)高電平發(fā)送到1CR、2CR，計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)將信號發(fā)送到控制電路，為其提供脈沖信號。3.3控制電路的設(shè)計(jì)控制電路由CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)/脈沖分配器加上發(fā)光二級管組成，主要作用是時(shí)間控制。此電路在17

8、5秒的前160秒通話期間，綠燈亮，表示一切正常，而當(dāng)時(shí)間超過160秒后，紅燈亮，并且開始計(jì)時(shí)。其主要功能是接受二-十進(jìn)制加法器的輸出信號，并把每一個(gè)信號分配輸出。CD4017是一個(gè)脈沖分配器，它將每一個(gè)輸入脈沖從Y0Y8分別輸出并且在最后15秒開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)脈沖切斷，通話也隨之切斷?？刂齐娐啡鐖D4.1所示。 圖4.1 控制電路圖4.2 CD4017引腳圖CD4017是十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻器，由計(jì)數(shù)器、譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對脈沖信號的分配。整個(gè)輸出時(shí)序就是Y0Y9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平。其為五位Johnson計(jì)數(shù)器，CP/CR/EN為輸入端。EN為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)。反

9、之，計(jì)數(shù)器無效。CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。CR、CP分別接收來自定時(shí)器、二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的信號。Y8輸出信號分別送給減法器的預(yù)制段和發(fā)光二極管（紅）。CP每20秒接收計(jì)數(shù)器2Q1發(fā)出的高電平信號，分別控制Y0Y8輸出信號，從而控制紅綠燈亮的情況，前八次接收計(jì)數(shù)器2Q1輸出的高電平信號，Y0Y7依次輸出高電平，驅(qū)動綠燈亮;第九次時(shí)，Y0Y7輸出低電平，Y8輸出高電平，控制紅燈亮，同時(shí)向減法器預(yù)置端輸出高電平信號，譯碼顯示器開始倒數(shù)計(jì)時(shí)。3.4譯碼顯示電路的設(shè)計(jì)譯碼顯示電路由CD4511BCD鎖存/七段譯碼器/驅(qū)動器7448組成。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15秒

10、的剩余時(shí)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(gè)筆劃段，使其發(fā)光顯示數(shù)字。圖5.1 CD4511引腳圖（圖中DCBA分別與A3A2A1A0對應(yīng)）CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能。以反相器做輸出級，用以驅(qū)動LED。圖5.2 譯碼顯示電路7448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A3、 A2 、A1、A0是BCD碼輸入端，Ya、Yb、Yc、Yd、Ye、Yf、Yg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。7448用來驅(qū)動共陰極顯示器。7448的A3、 A2 、A1、A0為BCD碼輸入端分

11、別同計(jì)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。圖5.3 8421 BCD碼顯示表2 CD4511真值表3.5減法器的設(shè)計(jì)減法器是可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器CD4510芯片組成的二-十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，其電路如圖6所示。CD4510為可預(yù)置BCD可逆計(jì)數(shù)器，主要由四位具有同步時(shí)鐘的D型觸發(fā)構(gòu)成，有可預(yù)置數(shù)、加減計(jì)數(shù)器、多片級聯(lián)使用等功能。具有復(fù)位CR、置數(shù)控制LD、并行數(shù)據(jù)D0D3、加減控制U/D、時(shí)鐘CP等輸入。CR為高電平，計(jì)數(shù)器清零；LD為高電平，D0D3的數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中；CE=0，允許計(jì)數(shù)。U/D為低電平，在CP時(shí)鐘上升沿減一計(jì)數(shù)。Q0Q3：輸出

12、端。CO/BO：進(jìn)位/錯(cuò)位輸出。 圖6.1 減法器圖6.2 CD4510引腳圖 將低位芯片的D3D0引腳置于低電平，即0101；高位芯片D3、D2、D0置于低電平，D1置于高電平，即0001，此為預(yù)置時(shí)間15秒。低位芯片時(shí)鐘CP接收來自控制電路送來的脈沖信號時(shí)，減法器工作，低位芯片開始減計(jì)數(shù)，至0000，低位芯片向高位芯片借位，低高位芯片分別變?yōu)?001、0000，然后低位芯片在秒脈沖控制下開始減計(jì)數(shù)，十個(gè)脈沖后，低位芯片變?yōu)?000，減法器停止工作。3.6預(yù)置時(shí)間電路的設(shè)計(jì)預(yù)置時(shí)間即為通話的控制時(shí)間，具體時(shí)間設(shè)定為,175秒，現(xiàn)用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)通話時(shí)間的控制。 圖7 預(yù)

13、置時(shí)間電路555定時(shí)器是CMOS集成定時(shí)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。該電路的脈沖寬度Tw=1.1RC，若Tw=175s，令C=220µF，則R=723k，所以選取一個(gè)680k的電阻和一個(gè)100k的電位器RP串聯(lián)代替電阻R。在調(diào)試電路時(shí)，調(diào)節(jié)電位器RP，使輸出脈沖周期為175s。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)3.7主要元器件的

14、選擇1電阻200*15、470*2、100k*3、10k*1、68k*1、33k*1、680k*1；2CD4511集成塊2塊； 3CD4510集成塊2塊；4CD4017集成塊1塊； 5CD4518集成塊1塊；6. 74LS00集成塊1塊； 7555定時(shí)器集成塊2塊；8. 滑動變阻器10k、100k各一個(gè)；9電容器0.01uF*5、10uF*1、220uF*1；10. 發(fā)光二極管2個(gè)（紅、綠各一個(gè)）、普通二極管一個(gè)、三極管一個(gè)；11. 繼電器一個(gè)；4. 系統(tǒng)電路總圖及原理4.1工作原理 當(dāng)投有硬幣時(shí)，秒脈沖發(fā)生器開始工作，輸出秒脈沖信號。二十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器在接收到秒脈沖信號時(shí)，開始計(jì)數(shù)，該電路可

15、用一片CD4518來實(shí)現(xiàn)。在通話時(shí)間為175秒內(nèi)，二-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器每計(jì)到20秒時(shí)就輸出一個(gè)信號，送到控制電路完成下一步功能?？刂齐娐吩?60秒通話期間，綠燈亮，表示一切正常；當(dāng)超過160秒，紅燈亮，并且開始倒計(jì)時(shí)。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(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)與顯示時(shí)間。4.2系統(tǒng)電路總圖將設(shè)計(jì)的各個(gè)單元電路進(jìn)行級聯(lián)，得到投幣電話控制器電路原理圖。5經(jīng)驗(yàn)體會通過這次對投幣電話控制器的設(shè)計(jì)作，讓我了解了電路設(shè)計(jì)的基本步驟，也讓我了解了關(guān)于投幣電話控制器的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路先進(jìn)行模擬再進(jìn)行實(shí)際的電路制作。但是最后的成品卻不一定與模擬時(shí)完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在模擬中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。參考文獻(xiàn)：1 電子技術(shù) 李良光主編 合肥工業(yè)大學(xué)出