手机通话计时器设计.docx
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手机通话计时器设计.docx
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手机通话计时器设计
课程设计任务书
课程名称综合课程设计
院(系)专业
班级学号姓名
课程设计题目手机通话计时器的设计
课程设计时间
课程设计的内容及要求:
一、设计说明与技术指标
设计一个用来记录手机通话时间的电路,技术指标如下:
①记录时间以分钟为单位,最大到99分钟;
②计时采取向上进位原则,即每次计时不到整分的时间部分,按1分钟计;
③可以间断计时,且计时能够累加;
④自己设计秒计数器;
⑤计时结果用四位数码管显示。
二、设计要求
1.在选择器件时,应考虑成本。
2.根据技术指标,通过分析计算确定电路和元器件参数。
3.画出电路原理图(元器件标准化,电路图规范化)。
三、实验要求
1.根据技术指标制定实验方案;验证所设计的电路,用软件仿真。
2.进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1.童诗白,华成英主编.模拟电子技术基础.[M]北京:
高等教育出版社,2006年
2.陈光明等主编.电子技术课程设计与综合实训.[M]北京:
北京航空航天大学出版社,2007年
3.戴伏生主编.基础电子电路设计与实践.[M]北京:
国防工业出版社,2002年
4.谭博学主编.集成电路原理与应用.[M]北京:
电子工业出版社,2003年
5.华满清主编.电子技术实验与课程设计.[M]北京:
机械工业出版社,2005年
6.阎石主编.数字电子技术基础.[M]北京:
高等教育出版社,2008年
7.谢自美主编.电子线路设计·实验·测试.[M]武汉:
华中科技大学出版社,2006年
五、按照要求撰写课程设计报告
指导教师年月日
负责教师年月日
学生签字年月日
成绩评定表
评语、建议或需要说明的问题:
指导教师签字:
日期:
成绩
摘 要:
这次综合课程设计目的是设计一个手机通话计时器,电路需要秒信号产生电路、计数电路、进位电路等,分析了555定时器和计数器74LS160的特性,详细地介绍了手机通话计时器的电路,并对涉及的每一方面都给出了实际测量波形和数据。
并重点给出了设计要求的测试过程和数据,在不同条件下观察数码管显示情况。
根据555定时器和计数器74LS160的特性和相关电路的知识,使我们能够分析并基本掌握手机通话计时器的工作原理,通过运用Multisim软件仿真完成设计任务。
关键词:
计数器;555定时器;通话计时器;秒信号产生电路;
一.概述
随着科学技术的发展,手机已经越来越普及了,这时手机通话计时器记录时间的准确与否将直接影响着众多手机用户的切身利益。
这就需要设计一个记时精准的通话计时器。
设计一个用来记录手机通话时间的电路,技术指标如下:
1记录时间以分钟为单位,最大到99分钟;
2计时采取向上进位原则,即每次计时不到整分的时间部分,按1分钟计;
3可以间断计时,且计时能够累加;
④自己设计秒计数器;
⑤计时结果用四位数码管显示。
二、方案论证
首先设计一个秒信号发生器,可以是利用555定时器做成的多谐振荡器来生成秒信号。
对秒信号进行60s进位,分位的数值最大上限是99分钟,故我们不但要设计出一个六十进制的加法计数以对秒信号进行记录,还需要一个一百进制的计数器来对分信号进行计数。
该设计要求在选择计数结束时需对不足一分钟的时间进行上进位,并且在暂停的时候可以显示出正确的时间,这个可以通过进位电路实现,使其只在“结束”时秒数不足一分钟的时候进行加一运算,其他情况加零。
具体方案如下。
方案一:
原理框图如图1所示:
-
图1方案一原理框图
方案一原理:
秒信号产生器产生的信号送入秒位计数器,当计数满60时向上进位,通过进位电路送入分位计数器,进位电路的构成:
秒十位输出与秒个位的输出经过几级门电路后接入分位的计数器,分位直接与数码管连接输出即可。
方案二:
原理框图如图2所示:
图2方案二原理框图
方案二原理:
秒信号产生器产生的信号送入秒位计数器,当计数满60时向上进位,送入分位计数器,经过加法器与进位信号相加送入数码管显示。
进位电路的构成:
用双D触发器构成的电路产生进位信号,送入加法器即可。
论证:
本次课程设计采用的是方案一,方案一点路简单,易于实现,在进位方面比方案二准确,方案二在停止计时后恢复时可能出错,而方案一部存在这种情况,所以选择方案一进行设计。
三.电路设计
1、直流稳压电源电路
直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成,原理框图如图3所示。
图3直流稳压电源电路原理框图
(1)变压器和整流电路部分
220v交流电源借一个保护电阻然后与变压器相连接,完成降压。
整流部分由桥式整流电路组成,完成整流作用。
这部分的组成电路如图4所示。
图4变压器和整流电路部分电路
桥式整流电路由四个二极管组成,因为二极管的单向导通能力,使电流变为单向流通,输出的电流如图5所示。
图5整流后输出的电流
输出的电压
URM是指整流后输出的电压有效值,U2是指降压后的电压有效值
(2)滤波和稳压电路部分
这部分滤波电路由电容滤波电路组成,稳压部分由三端集成稳压器及其他组件组成,作用是将整流输出的波形变成稳定的直流输出。
组成电路如图6所示。
图6滤波和稳压电路部分
经过电容滤波电路处理后,输出的电压为
,稳压电路作用就是稳定前面输出的电压,使输出的直流电压不受输入电压波动的影响输出范围可调:
Uo的范围是3v~40v。
2、时钟产生电路
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
555定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器来产生时钟信号,用于计时。
由555定时器组成的多谐振荡器电路如图7所示。
图7多谐振荡器电路
由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器,R1,R2和C是外接定时元件,电路中将高电平触发端(6脚)和低电平触发端(2脚)并接后接到R2和C的连接处,将放电端(7脚)接到R1,R2的连接处,电路亦不需要外接触发信号,利用电源通过R1、R2向C充电,以及C通过R2向放电端
放电,使电路产生振荡。
电容C在
和
之间充电和放电,从而在输出端得到一系列的矩形波。
振荡周期
。
为电容充电时间,
为电容放电时间。
矩形波的振荡周期
,因此可以通过改变
、
和电容C的值,来改变矩形波的周期和频率。
在该设计中,我们需要一个周期为1s的方波。
由此选择C=10uf,则可选择R1=R2≈47.5K,可得到一个振荡频率近似等于1Hz方波,即可获得秒时钟信号。
2、秒时钟计数器
74LS160是一个具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变的十进制上升沿计数器。
当所需进制超过芯片本身进制时,需要利用芯片间的级联来实现其功能。
秒计数器是需要一个60进制的计数器,所以可以用同步联接法,将两个芯片连接,CP是共同的,只是把第一级的进位输出RCO接到下一级的ET端即可,平时RCO=0则计数器2不能工作,当第一级计满时,RCO=1,最后一个CP使计数器1清零,同时计数器2计一个数,因为需要的是60进制,在计数器2的输出端输出0101时,将QD,QB接反相器和QA,QC一起接四输入与非门接在clear端用于清零,在下一次进位来时可完成十位从5向0的跳变,从而构成了60进制计数器。
电路图如图8所示。
图8秒位计数器电路
3.进位电路
这个部分是正常计时时向上进位,停止时,秒位部位零,分位加一,秒位为零则分位不变化,秒位个位和十位输出分别直接连接在四输入或非门上,输出后在输入一个而输入与非门得到的输出和八个输入或后的结果是一样的,两个开关间接一个非门与上面的输出接入一个与非门输出后与秒位用来清零的信号接入与非门输出的信号接入分位的clk处就可以了。
这样就可以完成正常的秒位计数、清零和分位的进位,在停止计数时,如果秒位为零则不进位,如果秒位不为零则需要向分位进一。
具体的电路图如图9所示。
图9进位电路
4.分位计数器
基于同六十进制一样的原因,级联两个74LS160来实现一百进制,不需要那个根据输出清零的部分就可以作为100进制用了。
进位电路的输出作为时钟信号接入分位的clk即可。
分位的个位进位信号rco直接连分位十位时钟即可。
具体电路图如图10所示。
图10分位电路图
四.性能的测试
1、直流稳压电源电路
用电压表测量输出电压,电路及输出电压如图11所示。
图11直流稳压电源电路的测量
2、时钟产生电路
用示波器测量VO两端间波形,测得波形如图14所示。
图13时钟产生电路产生的波形
由图可见时钟信号的周期约为1s,符合电路的要求。
3、电路工作情况的测试
当电路开始运行后,电路可以正常计数,显示如图14所示。
图14电路正常计数时的图
按下按键S2后电路暂停工作,这是的电路图如图15所示。
图15电路暂停时显示
按下按键S2后电路停止计时,电路应该对秒位清零,在分位加一电路停止计时,测试时显示如图16所示。
图16停止计时是的电路显示
此时按下按键J1,电路对分位的clear处会产生一个清零脉冲,电路完成对分位的清零,测试结果如图17所示。
图17清零后的电路显示
五.结论、性价比
结论:
经过测试,可以看到电路能够正常工作,该电路完成了课程设计的基本要求。
实现了如下的设计目的:
①记录时间以分钟为单位,最大到99分钟;
②计时采取向上进位原则,即每次计时不到整分的时间部分,按1分钟计;
③可以间断计时,且计时能够累加;
④自己设计秒计数器;
⑤计时结果用四位数码管显示。
性价比:
整个电路用的芯片和电阻电容都是用了一些在平时做实验中用过的,555定时器设计多谐振荡器、译码器的利用、与非门、非门、或非门的合理连接,完成了基本电路的连接。
电路所用器件价格都比较便宜,市面上比较容易买的到,性能基本符合技术要求,性价比较高。
可以验证,我们的设计还是有一定的合理性。
六.课设体会及合理化建议
体会:
本次课程设计主要是针对以前学过的模电、数电、高频等知识。
通过这次课程设计使我对以前学过的一些知识又重新的复习了一遍,从新复习了很多相关知识,并且对Multisim软件有了比较深入的学习和了解,掌握了计数器74LS160、555定时器及一些门电路的内部结构及工作原理,对于我们以后的学习和实践有很大的指导意义。
刚开始做这个课程设计的时候我对这个题目的了解不是很详细,通过查阅书籍收集了一些资料,确定了最初的设计方案,在实际设计过程中,也遇到了许多的问题,但是通过查阅资料后一一解决,有的是自己从中悟出来的经验,最终的结果基本上可以完成题目的要求。
这次课程设计使我真的了解并学到了许多自己在理论课上学不到的东西,将我在课堂上学到的东西应用到实际当中,感觉自己很有成就感,很高兴。
使我对模电、数电、高频知识有了更加深入地领会和学习。
使自己对相关的知识学习的更加透彻,也从中明白了实践的重要性,明白光学习理论知识是不够的,我们还要与实际联系起来才能对知识有更好的了解。
在实际设计过程中,我还意识到了还有一些地方掌握得不是很好,还需在以后的学习和实验中多加练习。
作为电子信息类专业的大学生,学习并掌握模电、数电、高频的知识是很必要的,对以后的学习和工作也有很大帮助。
合理化建议:
(1)希望学校多增加一些模电、数电、高频的实际应用知识和软件应用方面的书籍,多给与我们学习的机会。
(2)希望实验室能多给我们实际动手的机会,多锻炼自己连接电路的能力,让我们多多提高实际的操作能力。
参考文献
[1]石著.数字电子技术基础.[M]北京:
高等教育出版社,2005.P93-335
[2]戴伏生主编.基础电子电路设计与实践.[M]北京:
国防工业出版社,2002.P102-105
[3]孙肖子,邓建国主编.电子设计指南.[M]北京:
高等教育出版社,2006.P98-120
[4]李银华主编.电子线路设计指导.[M]北京:
航空航天大学出版社2005.P78-132
[5]谢嘉奎.电子线路(非线性).[M]北京:
高等教育出版社,2000年.P120-200
[6]陈光明等主编.电子技术课程设计与综合实训.[M]北京:
北京航空航天大学出版社,2007.P158-160
[7]赵淑范,王宪伟主编.电子技术实验与课程设计.[M]北京:
清华大学出版社,2006.P178-190
附录Ⅰ总电路图
附录Ⅱ元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U0U1U2U3
计数器
74LS150
4
2
U4U5U12
反相器
74LS05D
3
3
U6U7
四输入或非门
4002BD
2
4
U8
四输入与非门
7440N
1
5
U9U10U11
二输入与非门
74F00N
3
6
DS0DS1DS2DS3
数码管
DCD_HEX
4
7
LM555
555定时器
LM555
1
8
C1C2C3C4
电容
1uf
4
9
R1R2
电阻
480kΩ
2
10
R3R4R5
电阻
200Ω
3
11
R6
电阻
20kΩ
1
12
R7
滑动变阻器
10kΩ
1
13
S1
开关
单刀单掷
1
14
S2
开关
单刀双掷
1
15
S3
开关
按钮开关
1
16
V0
交流电源
220v
1
17
T1
变压器
TRANSI
1
18
D1
二极管
1BH62
1
19
D2
单向桥式整流
1B4B42
1
20
LM7850
三端稳压器
LM7850
1
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