投币电话控制器的设计

·投币电话控制器的设计一、概述………………………………………………………………1、电话控制器的方法和类型………………………………2、投币电话控制器的实现方法……………………………二、设计任务书………………………………………………………1、设计题目…………………………………………………2、技术指标与要求…………………………………………3、设计内容…………………………………………………三、电路的设计与分析………………………………………………1、课题的分析与设计………………………………………2、元器件及参数的选择……………………………………3、整体电路图………………………………………………四、心得体会…………………………………………………………五、参考文献…………………………………………………………一、概述：随着科技的发展进步，电子技术在现代社会中起着举足轻重的作用。

它的广泛应用，给人们的日常生活和生产带来了极大的便捷。

同样，作为通讯工具的电话也同其它现代化的工具一样，已成为当今人们生活中不可少的一部分。

它作为一种通讯工具，可以使处于异地的人们很方便地进行交流与沟通，使人们能快速而准确地传递信息。

1、电话控制器的方法和类型：电话控制器的类型很多，有磁卡（如IC卡等）控制和投币电话控制器控制等。

但磁卡控制较投币电话控制方便，而且时间也相对较长，但它们的工作原理却大同小异，都是用来控制通话系统的时间的。

磁卡可以运用微机控制，但编程复杂，只是它的电路简单，并且控制比较灵活。

投币电话控制器相对来说比较简单，控制时间比较短，电路采用数字电路可以方便地实现，制作和调试比较简单，且成本较低。

本课题主要讨论的是投币电话控制器。

用投币电话控制器的投币电话的特点是操作简单，只须拿起话筒，投入一次通话硬币，即可接通电话，通话时间为3分钟。

2、投币电话控制器的实现方法：投币电话控制器应用计时、定时和控制等部分组成，其主要工作机理是投入一次通话硬币时，计时器开始计时，到规定的时间内发出警告，以提醒使用者。

控制器主要是控制各部分单元电路，控制执行电路。

这部分电路主要有时钟计数器来实现控制。

所以说，时钟计数器是用电话控制器的主要部分。

二、设计任务书：1、设计题目：投币电话控制器的设计2、技术指标与要求：（1）通话时间为3分钟，即每投入一次硬币可通话一个计时单元（3分钟）。

（2）在通话开始时，以绿灯提示；通话结束前30秒，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1秒，数字自动减1。

（3）数字显示为0之前，如不再投币，电话自动切断，控制器停止工作；如继续投币，通话仍可继续。

3、设计内容：（1）课题分析和各单元电路的分析及设计；（2）元器件及参数的选择；（3）整体电路图；（4）总结和讨论。

三、电路的设计与分析：1、课题的分析与设计：A、课题分析：根据投币电话控制器的设计任务和要求，及其概述中介绍的电话控制器电路的基本组成可知，投币电话控制器是由秒脉冲发生器、三十进制加法计数器、控制电路、译码显示电路、减法器、定时电路组成，其电路框图如图所示：投币电话控制电路框图工作原理：当投有硬币时，秒脉冲发生器开始工作，输出秒脉冲信号。

三十进制加法计数器在接收到秒脉冲信号时，开始计数，该电路可用一片两块74LS90来实现。

在通话时间为3分钟内，共180秒，三十进制加法计数器每计到30秒时就输出一个信号，送到控制电路完成下一步功能。

控制电路在150秒通话期间，绿灯亮，表示一切正常；当超过150秒，红灯亮，并且开始倒计时。

当脉冲切断，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。

B 、各单元电路的分析与设计：（1）秒脉冲发生器此电路是由555定时器组成的多谐振荡器，该电路的输出脉冲周期为T=0.7（R1+2R2）C。

若T=1s，令C=10μF，R2=33kΩ，则R1=77kΩ，取一固定电阻68 kΩ与一个10 kΩ的电位器RP串联代替电阻R2。

在调试电路时，调节电位器RP，使输出脉冲周期为1s。

电路如图所示：秒脉冲发生器根据多谐振荡器的特点：（1）电路没有稳态，只有两个暂稳态。

（2）通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，产生自激振荡，无需外触发。

（3）输出周期性的脉冲信号。

可知，此电路的工作原理为：接通电源瞬间t=t0时，电容C来不及充电，C为低电平；此时，555定时器内R=0，S=1，触发器置1，即Q=1，输出U0为高电平。

同时，由于Q=1，放电管V 截止，电容C开始充电，电路进入暂稳态。

此电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们交替变化，输出连续的矩形波脉冲信号。

（2）三十进制加法计数器由于通话时间为3分钟，共180秒，用三十进制加法器可把时间分为6段，当计数器每计到30秒时，就输出一个信号，送到控制电路完成下一步功能。

三十进制加法计数器连接如图所示：该电路用两片74LS90来实现。

74LS90具有复位、置9、计数等功能。

7490是最基本的同步计数器，有简单的“加计数”和“清零”功能。

电路中两个7490计数器除电源共用外，各自独立。

计数器中有时钟输入端CP，清零端CR，行输出端依次为QA、QB、QC、QD。

电位功能：①复位。

当复位输出端R01、R02全为“1”（而置9输入端S91、S92中有“0”）时，使QA、QB、QC、QD清零，实现计数器清零工作。

②置“9”。

当置“9”输入端S91、S92全为“1”（同时，复位输入端R01、R02中有“0”）时，可使触发器Q0、Q3置“1”，而Q1、Q2、置“0”；即当计数器连接成8421BCD码方式，可置“9”为QDQCQBQA=1001；当计数器连接成5421BCD码方式，则置“9”为QAQDQCQB=1100。

因为复位和置9均不需要时钟脉冲CP作用，因为又称为异步复位和异步置“9”。

③计数。

当R01、R02和S91、S92中均有“0”时，各触发器恢复JK触发器功能而实现计数功能。

CP0、CP1时钟脉冲下降沿有效。

7490集成计数器的功能如表3-13所示。

当右边的7490计数至3（即0011）时与门输出高点平使计数器复位。

与门输出又是30进制计数器的进位输出端可获得CP脉冲的30分频信号表3-13 7490功能表控制输入端输出端CP R01 R02 S91 S92 Q3 Q2 Q1 Q0× 1 1 0 ×清零× 1 1 ×0×0 × 1 1 1 0 0 1××0 1 1↓0 ×0 ×↓0 ××0 计数↓×0 0 ×↓×0 ×0。

（3）控制电路控制电路由CD4017十进制计数/脉冲分配器加上发光二级管组成，主要作用是时间控制。

此电路在180秒的前150秒通话期间，绿灯亮，表示一切正常，而当时间超过150秒后，红灯亮，并且开始计时。

基主要功能是接受三十进制加法器的输出信号，并把每一个信号分配输出。

CD4017是一个脉冲分配器，它将每一个输入脉冲从Y0—Y9分别输出并且在最后30秒开始倒计时。

当脉冲切断，通话也随之切断。

控制电路如图所示：CD4017内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整体输出时序就是Y0、Y1、Y2…Y9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。

CD4017有CP输入端和EN使能端，CR为清零端，当在CR端上加高电平或正脉冲时，其输出Y0为高电平，其余输出端（Y1~Y9）均为低电平。

CD4017有10个输出端（Y0~Y9）和1个进位输出端C0。

输入10个计数脉冲，C0就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。

由此可知，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态。

当CD4017的输出端依次输出高电平时，驱动发光二极管也被点亮。

发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66V左右，电流在5mA左右。

330Ω的电阻在电路中走限流作用。

（4）译码显示电路译码显示电路由七段译码器/驱动器7448组成。

它可以根据其输入端的信号驱动共阴极数码管。

在此，其输入是最后30秒的剩余时间。

七段显示译码器的每一代码经过译码被“辨别“出来的特别电路状态，要驱动某一数字显示器的多个笔划段，使其发光显示数字。

7448是带驱动器的七段显示译码器，能直接驱动数码管发光。

其引出端中D、C 、B、A 是BCD码输入端，oa、ob、oc、od、oe、of、og是译码器的输出端，与半导体数码管的相应七端相连接，VDD接+5V电源正极。

7448用来驱动共阴极显示器。

7448的D、C 、B、A为BCD码输入端分别同计数器的输出端QD、QC、QB、QA相连，输入不同的BCD码，输出相应的七段码。

（1）灯测试输入端LT’：L’称为灯测检查。

用IT可检查七段显示器各字段工作是否正常。

当LT’=0时，不论D、C、B、A状态如何，输出或非门被封锁，输出均为“1”，所以显示器显示数字“8”。

（2）灭灯输入端BI/RBO’：BI/RBO’输入可以显示灯熄灭，其功能与LT恰好相反。

通常在有效数据的最高位与最低位的零不需要显示时使用。

（3）数据锁存输入端RBI E’=1时，译码器则将当前数据锁定，以便能够更清楚地看清译码器译出的数据。

注意：输入端B、C、D、A数据级名值大于9时，译码器将输出全部置零，使译码器不能显示。

2ES102为共阴显示器，为使7448与2ES102匹配，需连接7个200的电阻走限流作用。

为了能实现设计要求，需用两个7448和两个显示器2ES102来组成电路。

（5）减法器减法器是由一片可预置的十进制同步加/减计数器74190和74192组成的三十进制减法计数器，其电路图所示：十进制同步加／减计数器CT74LS190：74190是可预置数BCD码可逆计数器。

它具有预置数、加计数和减计数、保持等四种功能。

其功能表如表所示：⑶主要逻辑功能。

（根据功能表分析，不用写板书）①异步置数功能。

当LD’=0时，与CP无关，并行输入数据QDQCQBQA=ABCD。

②计数功能。

取CTEN’=0，LOAD’=1。

当U/D’=0时，对应CLK脉冲上升沿，十进制加法计数。

当U/D’=1时，对应CLK脉冲上升沿，十进制减法计数。

③保持功能。

当CTEN’=LOAD’=1时，计数器保持原来的状态不变。

74LS192为可预置的十进制同步加/减计数。

①192的清除端是异步的。

当清除端CLR为高点平时，不管时钟端（DOWN、UP）状态如何，即可完成清除功能。

②192的预置是异步的。

当置入控制端LOAD’为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（QA-QD）即可预置成与数据输入端(A—D)相一致的状态。