投幣電話課程設計

1、投幣電話控制器小組成員： 指導老師：楊永明目錄一、 課題發(fā)展背景二、 研究方法三、 課程設計的內容及要求四、 投幣電話電路工作的基本原理五、 各單元電路的設計及原理1秒脈沖發(fā)生器設計2二十進制加法計數(shù)器設計3控制電路設計4減法器電路設計5譯碼顯示電路設計6預置時間電路設計六、 整體電路的連接七、 心得體會八、 參考文獻一、課題發(fā)展背景最早的投幣電話機大約出現(xiàn)于上世紀末或本世紀初，只安裝在電話公司或用戶住宅里。在倫敦的英國電訊博物館收藏有早期英國郵電部的投幣電話機。這是一種采用“郵政付費”方式的投幣話機，即當叫通話務員并且接通被叫之后，呼叫者將一便士硬幣插入到話機中，然后扭動一個旋鈕，于是收進一

2、個硬幣并接通一個蜂鳴器到線路中，將付款信號送給話務員。1915年這個方式又經(jīng)過修改，采用了一個工作于反極性線路電壓的繼電器，然后利用硬幣落下復原發(fā)話電路。1982年，中國第一批投幣式公用電話在北京市東、西長安街等繁華街道出現(xiàn)，共22個投幣式公用電話亭，1900年我國第一部市內電話在南京問世；1904年至1905年，俄國在煙臺至牛莊架設了無線電臺。在1988年德國人斯托威克根據(jù)自動售貨機的投幣機構原理，設計了一種叫做“自動產蛋機”的機器，只要往機器里投入一枚硬幣，“自動產蛋雞”便“產”下一只雞蛋，并伴有叫聲。人們把斯托威克發(fā)明的這臺機器，看作是投幣電話機的雛形。日常生活中我們都見過自動售貨機，投

3、幣游戲機，以及現(xiàn)在最新新推出的投幣洗衣機，這些設備的投幣控制器和自動投幣游戲機的投幣控制器的電路設計及其工作原理都是一樣的，所以說理解了投幣電話機的投幣控制器的設計方法，對于使用及其維護這類設備有著觸類旁通的現(xiàn)實意義。二、研究方法在老師指導下，對投幣控制器的原理做深入理解，然后根據(jù)原理設計出原理框圖, 在原理框圖的基礎上,對各部分電路進行設計，最后把各部分電路組合起來，便得到了總體電路的設計。最后焊接實物，得到課程設計結果。三、課程設計的內容及要求本文課題具體技術要求為：預置打電話時間為3min，即每投入一次硬幣可打電話，一個計時單元3min；顯示電路部分設計，在打電話時以綠燈顯示，電話結束前

4、20秒時紅燈提醒打電話者注意時間，并開始用數(shù)字顯示通話剩余時間，每通話1s數(shù)字自動減1；控制電路部分主要是由CD4017十進制計數(shù)脈沖分配器加上放光二極管組成，當數(shù)字顯示為0之前，不再投幣，電話將自動切斷，控制器停止工作，如繼續(xù)投幣通話仍可繼續(xù)；秒脈沖發(fā)生電路是為計數(shù)器二-十進制加法器和減法器提供秒脈沖的，它的核心部分是CD555定時器。本文的主要研究內容是設計出符合要求的投幣電話機控制器電路，并設定好電路所有元件的參數(shù)，焊接電路仿真。四、投幣電話電路工作的基本原理本次設計的任務是設計出投幣電話機的控制電路，其原理框圖如圖所示。當投有硬幣時，秒脈沖發(fā)生器開始工作，輸出秒脈沖信號。二-十進制加法

5、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)。通話時間為3分鐘，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?？刂齐娐吩?60秒通話期間，綠燈亮；當超過160秒，紅燈亮，并且開始20秒倒計時。3分鐘過后，當脈沖切斷，通話也隨之切斷。減法器的作用是在電話最后的20秒，用來控制譯碼顯示電路顯示剩余時間，每過1s自動減1。譯碼顯示電路是接收減法器的信號，用來顯示電話的最后20s時間，并且開始倒數(shù)顯示。電話通話3分鐘由預置時間電路完成。3分鐘過后，自動切斷電源，所有電路均不工作。原理框圖五、各單元電路的設計及原理1.秒脈沖發(fā)生器該單

6、元電路是在CD7555定時器組成的多諧振蕩器基礎上設計的。整個電路設計如圖所示。多諧振蕩器的振蕩周期為T=0.7（R1+2R2）C。555電路要求Rl與R2均應大于或等于1K，但Rl+ R2應小于或等于3.3M，根據(jù)此公式可以對R1，R2，C的參數(shù)做以計算和選定。我選定的C=20uF，R1=30K，R2=42K，通過改變滑動電阻的阻值可以使脈沖的頻率更準確，因為是要為計數(shù)器二-十進制加法器和減法器提供秒脈沖的，從而可以保證整個電路的準確和嚴密性。2.二十進制加法計數(shù)器該部分電路可用一片CD4518來實現(xiàn)。芯片CD4518如圖3.15所示，CD4518是二、十進制（8421編碼）同步加計數(shù)器，內

7、含兩個單元的加計數(shù)器，CD4518引腳功能(管腳功能)如下：1CP、2CP：時鐘輸入端。1CR、2CR：清除端。CD4518引腳圖1EN、2EN：計數(shù)允許控制端。1Q01Q3：計數(shù)器輸出端。2Q02Q3：計數(shù)器輸出端。VDD：接正電源。VSS：接地。CD4518是一個同步加計數(shù)器，在一個封裝中含有兩個可互換二/十進制計數(shù)器，其功能引腳分別為17和915。該CD4518計數(shù)器是單路系列脈沖輸入（1腳或2腳；9腳或10腳），4路BCD碼信號輸出（3腳6腳；11腳14腳）。CD4518控制功能：CD4518有兩個時鐘輸入端CP和EN，若用時鐘上升沿觸發(fā)，信號由CP輸入，此時EN端為高電平（1），若用

8、時鐘下降沿觸發(fā)，信號由EN輸入，此時CP端為低電平（0）,同時復位端CR也保持低電平（0）,只有滿足了這些條件時，電路才會處于計數(shù)狀態(tài)，否則沒辦法工作。由于CD4518內部具有兩個集成的同步十進制計數(shù)器，因此，用CD4518來實現(xiàn)二十進制加法計數(shù)比較合理。由CD4518組成的二十進制加法計數(shù)器連接如圖 3.16所示CD4518功能表如表3.2所示，在第十秒的時候，輸出端1Q3由1跳變到0，因為是下降沿觸發(fā)，所以1Q3會向2EN發(fā)出一個低電平信號，當2EN收到這個信號時，計數(shù)器開始工作，2Q3 2Q2 2Q1 2Q0變?yōu)?001。當2EN第二次收到這個信號時，2Q3 2Q2 2Q1 2Q0變?yōu)?

9、010，這時2Q1變?yōu)楦唠娖剑瑫r將這個高電平信號送到1CR端和2CR端，這樣兩個計數(shù)器就同時清零了。2Q1還要將這個信號送到控制電路中，為供控制電路提供脈沖信號。CD4518功能表 時間 0秒 1秒 2秒 3秒 4秒 5秒 6秒 7秒 8秒 9秒 10秒1Q3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 01Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 01Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 01Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 03.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)光二極管組成，控制電路的主要作用是控制倒計時開始。CD4017引腳如圖所示。CD40

10、17管腳圖 控制電路圖CD4017是十進制計數(shù)/分頻器，其內部由計數(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，整個輸出時序就是Y0、Y1、Y2、Y9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平。CD4017是5位計數(shù)器，具有10 個譯碼輸出端，CP、CR、EN 為輸入端。時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。EN為低電平時，計數(shù)器在時鐘上升沿計數(shù)；反之，計數(shù)功能無效。CR為高電平時，計數(shù)器清零。Johnson 計數(shù)器，提供了快速操作、無輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。在每10個時鐘輸入周期CO信號完成一次進位，并用作多級計數(shù)鏈的下級脈動時鐘。CD4017 提供了

11、16 引線多層陶瓷雙列直插(D)、熔封陶瓷雙列直插(J)、塑料雙列直插(P)和陶瓷片狀載體(C)4 種封裝形式。 控制電路電路圖如右圖所示，CR端接收來自定時器的信號，CP端接收來自二-十進制計時器的的信號，Y8端輸出的信號分別送給減法器的預置端和發(fā)光二極管（紅燈）。CP端每20秒會接收到計數(shù)器2Q1端送來的高電平信號，以分別控制Y0Y8端的輸出信號，從而控制紅綠燈亮的情況。前8次接收到計數(shù)器2Q1端送來的高電平信號時，Y0Y7分別輸出高電平從而驅動綠燈亮，當?shù)?次接收到計數(shù)器2Q1端送來的高電平信號時，Y0Y7輸出低電平，Y8端輸出高電平從而驅動紅燈亮，與此同時Y8端向減法器電路發(fā)送一個信號

12、，譯碼顯示器開始倒數(shù)計數(shù)。即在前160s打電話期間，綠燈亮；而當時間超過160s以后紅燈亮，并且開始倒計時。Y0Y7的輸出信號用于控制綠燈亮，Y8的輸出信號用于控制紅燈亮。4.減法器電路設計減法器電路是由兩個CD4510芯片完成的，其引腳如圖所示。CD4510引腳圖 減法器電路CD4510 為可預置BCD 可逆計數(shù)器，該器件主要由四位具有同步時鐘的D 型觸發(fā)（具有選通結構，提供T 型觸發(fā)器功能）構成。具有可預置數(shù)、加減計數(shù)器和多片級聯(lián)使用等功能。CD4510 具有復位CR，置數(shù)控制LD、并行數(shù)據(jù)D0D3、加減控制U/ D 、時鐘CP等輸入。CR為高電平時，計數(shù)器清零。當LD 為高電平時，D0D

13、3上的數(shù)據(jù)置入計數(shù)器中，CE控制計數(shù)器的計數(shù)操作，CE0時，允許計數(shù)。此時，若U/ D為高電平在CP 時鐘上升沿計數(shù)器加1 計數(shù)；反之，在CP 時鐘上升沿減1 計數(shù)。除了四個Q 輸出外，還有一個進位/錯位輸出CO/BO。CD4510 提供了16 引線多層陶瓷雙列直插（D）、熔封陶瓷雙列直插（J）、塑料雙列直插（P）和陶瓷片狀載體（C）4 種封裝形式5。減法器電路如右圖所示，由秒脈沖電路提供，將低位芯片的D0 D1 D2 D3引腳置于低電平，即0000。高位芯片的D0 D2 D3引腳置于低電平，D1置高電平，即初始值為0010，換算為十進制為20，也就是預置時間為20秒。當?shù)臀恍酒瑫r鐘CP接收到

14、控制電路送來的脈沖信號時，減法器開始工作。減法器一旦開始工作，低位芯片便向高位芯片借位，低位芯片的Q0 Q1 Q2 Q3變?yōu)?001，高位芯片的Q0 Q1 Q2 Q3變?yōu)?001，然后在在秒脈沖的控制下減法器開始減計數(shù)，當?shù)臀恍酒邮帐畟€脈沖將由進位/錯位輸出端CO/BO送給高位芯片一個時鐘脈沖進行借位，當?shù)臀恍酒蚋呶恍酒诙谓栉缓螅呶恍酒腝0 Q1 Q2 Q3變?yōu)?000，然后低位芯片繼續(xù)接受脈沖，當接受夠10個脈沖時，低位芯片的Q0 Q1 Q2 Q3也變?yōu)?000，此時減法器顯示為00，這時減法器也就停止了工作。5.譯碼顯示電路的設計譯碼顯示電路可由CD4511BCD鎖存/七段譯碼

15、/驅動器組成，它可以根據(jù)其輸出端的信號驅動共陰極的數(shù)碼管，在此，其輸入是最后20s的剩余時間。CD4511輸入端接收來自減法器CD4511輸出的電平信號。其輸出端與7個電阻相連，用于驅動數(shù)碼管顯示數(shù)字。CD4511引腳圖 連接示意圖CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級，通常用以驅動LED。各引腳的名稱：其中7、1、2、6管腳分別用A、B、C、D來表示，是BCD碼的輸入端；5、4、3管腳分別用LE、 、 來表示，是譯碼輸入控制端； ：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)是怎么樣的，七段數(shù)碼管都會處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。LE：鎖定控制端，當LE=0時，

16、允許譯碼輸出，LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器的輸出值被保持在LE=0時的數(shù)值。 ：3腳是測試信號的輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示。它主要用來檢測數(shù)7段碼管是否有物理損壞。13、12、11、10、9、15、14分別用a、b、c、d、e、f、g表示。外接七段數(shù)碼管的輸入端。（1）CD4511真值表(2)鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)。（3）譯碼 CD4511譯碼用兩級或非門擔任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數(shù)據(jù)B、C進行組合，得出 、 、 四項，然后將輸入

17、的數(shù)據(jù)A、D一起用或非門譯碼。（4）消隱 BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。消隱控制電路如圖3-1所示。消隱輸出J的電平為 J= （C+B）D+BI，如不考慮消隱BI項，便得J=（B+C）D據(jù)上式，當輸入BCD代碼從1010-1111時，J端都為“1”電平，從而使顯示器中的字形消隱。6.預置通話時間該部分電路是整個電路的開始階段，所以就先從這部分電路的設計開始。預置時間即為打電話時間的控制，本文的時間設定為3min，用CD7555來實現(xiàn)。該部分電路如圖所示，電路由CD7555及其外圍的電路組成，因為其暫態(tài)時間Tw=1.1RC，R= R1+ R2，C=220u

18、F，令R2=680千歐，則R1可調至100千歐，用它可以調節(jié)時間的精確度。定時電路圖7.5V直流電源可以采用實驗室電壓源提供六、整體電路的連接根據(jù)各單元電路點設計，將各個單元電路有機的結合起來，就得到了如圖所示的整體電路。當投入一枚硬幣時，給預置時間電路提供一個脈沖信號，使其輸出高電平，三極管處于導通狀態(tài)，繼開關閉合，為整個電路提供+5V的電壓，從而使秒脈沖發(fā)生器也開始工作。它向二-十進制加法計數(shù)器和減法器發(fā)送秒脈沖信號。二-十進制加法計數(shù)器1EN端接收到秒脈沖信號便開始計數(shù)。然后每過20秒它會由2Q1端向控制電路發(fā)出個高電平信號，從而使控制電路也開始工作，在前160秒中，每過20秒，控制電路

19、的的Y0Y7依次輸出高電平，驅動綠燈亮。在最后20秒，Y8端輸出高電平，驅動紅燈亮，同時將這個信號送到減法器的預置端13。當?shù)臀恍酒瑫r鐘CP接收到控制電路送來的脈沖信號時，減法器開始工作。減法器的輸出端與譯碼顯示電路的輸入端相連，一旦減法器開始工作，一碼顯示電路也開始工作，從而驅動數(shù)碼管開始倒數(shù)計時。七、心得體會回顧起此次電氣課程設計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的 知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。在做本次課程設計的過程中, 我感觸最深的當屬查閱大量的設計資料了。為了讓自己的

20、設計更加完善,查閱這方面的設計資料是十分必要的,同時也是必不可少的。其次,在這次課程設計中,我們運用到了以前所學的專業(yè)課知識,如:Protel制圖,Multisim仿真，模擬和數(shù)字電路知識等。雖然過去從未獨立應用過它們,但在學習的過程中帶著 問題去學我發(fā)現(xiàn)效率很高,這是我做這次課程設計的又一收獲。課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課使我對抽象的理論有了具體的認識，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等，掌握了焊接的方法和技術，通過查詢資料，也了解了各芯片的原理。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最