手机通话计时器的设计

1沈阳航空航天大学课程设计手机通话计时器的设计班级/学号学生姓名指导教师胡爱玲2沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称电子技术综合课程设计院（系）自动化学院专业自动化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:2010年12月20日至2011年1月2日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。3四、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4一、概述在当今社会，手机应用已相当普遍，人们对手机的要求也越来越高。手机的性能，外观等各方面都是用户考虑的对象，尤其是性能的优劣直接影响着用户的选择。手机通讯计时功能关乎着用户的切身利益，因此手机通话计时器的的精确度是用户非常关心的问题之一。其技术指标如下：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、方案论证用555定时器设计一个多谐振荡器，周期为1秒，充当秒信号发生器。秒位60进制计数器由两片74LS160片连接，逢60进1。指标要求时间以分钟为单位，最大到99分钟，所以分位应为100进制计数器，逢100进1，同样由两片74LS160片连接而成。电路采取想上进位原则，即秒位大于零而又不足分钟时应向分钟进位，并可以间断计时且计时能够累加，此功能由进位电路实现。具体时间通过数码管显示出来。思考方案如下。方案一原理框图如图1所示：图1方案一的原理方框图方案一原理：秒信号发生器产生的秒信号进入秒位计数器，在电路正常工作时，秒位满六十时经进位电路向分位进一，当对电路实行暂停操作时，如果秒位数字不为零，则也向分位进一，各位数字由数码管显示。电源信号发生器秒位60进制计数器进位电路分位100进制计数器数码管显示5方案二原理框图如图2所示：图2方案二原理方框图方案二原理：秒信号发生器产生的秒信号进入秒位计数器，当秒位满六十时向分位进一，经过加法器和进位电路产生的进位信号得到数码管显示论证：经过对比可知，方案一经济、简单、易于实现且相对准确，所以本次课程设计采用方案一。三、电路设计1.直流稳压电源电路直流稳压电源主要由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路组成。220V，50Hz的交流电通过变压器实现降压，整流部分由桥式整流电路组成，完成从交流电压转换为直流电压，滤波部分由电容滤波电路组成，将电路中的交流分量滤掉，使电压成为交流分量较小的直流电压，稳压电路的功能是使输出电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。方框图和电路图如图3和图4所示：图3直流稳压电源方框图电源变压器整流电路滤波电路稳压电路~220V50HZ电源秒信号发生器秒位60进制计数器分为100进制计数器进位电路产生进位信号加法器数码管显示6V1220Vrms50Hz0¡ãR210kΩR320kΩT1IRON_CORE_XFORMERD11B4B421243C11µFD21BH62U1LM7805CTLINEVREGCOMMONVOLTAGE345610R11.5kΩ2R41Ω1807图4直流稳压电源电路图2.时钟产生电路用555定时器连接而成的周期为1秒多谐振荡器能产生时钟信号，作为秒信号发生器。电路如图5所示。电容在1/3Vcc和2/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列矩形波。振荡周期T=T1+T2，T1=（R2+R3）Cln2≈0.7(R1+R2)C是电容充电时间，T2=0.7R3C是电容放电时间，所以T=0.7（R2+2R）C。这次课程设计，需要周期为1s的方波因此选C2=10uF，R2=50K，R3=47K，可得到一个振荡频率接近于1Hz的方波，即获得秒时钟信号。R250kΩR347kΩC110µFC210uFU1LMC555CHGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2XSC1ABExtTrig++__+_1VCC5VVCC0346图5用示波器测量多谐振荡器3.秒计数器电路此部分由十进制计数器160和门电路组成，采用异步清零的方法实现的。电路图如图6所示。个位为十进制，每计十个数便经过与非门U15和与门U217对U0清零，十位为六进制计数器，当记到六个数时，与非门U9和与门U20对U6清零，从而构成了六十进制的秒计数器。U674HC160D_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U874HC160D_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U9A4011BD_5VU15B4011BD_5VU20A4081BD_5VU21B4081BD_5V图6秒计数器电路4.进位电路这部分的功能是实现从秒到分的进位，电路图如图7所示。当J3（Key=B）接到停止端时，如果秒位不为零，则向分位进一，同时秒位清零。秒位的个位和十位的输出分别接到两个四输入或门U9和U15，两个四输入或门的输出端接到或门U8上，这个或门的输出和J3一起经过或门U6，U6的输出再和秒的十位输出部分接到与门U20上，电源为高电平，接地时低电平，或门的功能为全零为零，有一则一，与门则是有零则零，全一为一。综上可实现课设要求。图7进位电路85.分计数器电路此部分由十进制计数器160连接而成，电路图如图8所示。分的十位和个位均为十进制，当J3(Key=A)置于清零端时，分位清零。J3Key=A清零U674HC160D_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U874HC160D_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2图8分计数器电路四、性能的测试1.直流稳压电源的测试按图9用万用表和示波器测试直流稳压电源的性能。此电路输出电压如图10所示，波形如图11所示图9直流稳压电源的测试图10输出电压9图11输出波形表1直流稳压电源电路测试数据表R值(kΩ)C值(μF)频率（Hz）周期(s)101uF2.时钟信号的测试用示波器测量多谐振荡器产生的时钟信号，输出波形如图12所示，由图可知周期T为998.117ms近似于1s，在误差允许范围内，符合要求。10图12时钟信号的测量3.电路整体性能测试（1）电开始运行后，计数器正常计数，如图13所示。（2）按下开关J2，秒位清零并向分位进一，如图14所示。（3）再接通J2，分位保持不变，秒位从零开始计时，如图15所示。（4）按下开关J1，分位清零，如图16所示。11图13图1412图15图16五、结论经过测试，此电路能够正常工作，达到了课程设计所要求的技术指标：①记录时间以分钟为单位，最大到99分钟；13②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显。六、性价比整个电路所用到的器件都比较常见，价格低，在市场上容易买到用555定时器和几个电阻和电容构成的多谐振荡器成本低，性能相对较高，进位电路用与门和或门实现进位电路，简洁易懂，又很便宜，电路所用的器件比较常见，与其他器件相比既经济又实惠。电路连接合理，达到指标要求，存在误差但不影响其基本性能。综上，此电路性价比较高，相对合理。七、课设体会及合理化建议本次课程设计以本学期所学的数电知识为主，附加上个学期学习的模电知识，是对我们综合能力的一次严厉考验。在课程过程中我遇到了许多不懂的问题，比如一开始时进位电路使我摸不着头脑，不知该怎样接，接完电路时又出现数码管显示反向数字等好多问题，通过查找资料，向老师同学请教，解决了问题，使电路不断完善直至做出最后达到老师要求的电路。经过这次课程设计不仅使我对数电知识有了更深的了解，同时也复习巩固了模电知识，达到了知识之间的融会贯通；不仅掌握了书本上的知识，也锻炼了自己的动手动脑能力，使大脑里的知识能够充分应用到实践中去;不仅提高了我解决问题的能力，也给了我勇敢面对困难的勇气。参考文献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14附录I总电路图15附录II元器件清单序号编号名称型号数量1U1集成运放LM741CN12U12U13U14U18数码管DCD_HEX_GREEN43V1V2电源6V24U10AU16B与非门4011BD-5V25U1AU4BU11A与门4081BD-5V36U2U3U5U7计数器74HC160D-6V47U26AU27B四脚或门4072BD-5V28U24BU25C或门4071BD-5V29J1J2开关Key210C1C2C3电容311R1R2R3电阻312D1桥式二极管1B4B42113T1变压器IRON-CORE-XFORMER114U8三端稳压器LM7805CT1