脉冲按键电话按键显示器

一、设计任务与要求
- 基本要求
- 提高要求
二、方案设计与论证
- 工作原理
三、单元电路设计与参数计算
- 1 显示电路设计
- 2、时钟脉冲触发移位电路
- 3.清零电路
- 4 挂机灭灯
四、总电路工作原理及元器件清单
- 1．总原理图
- 2．电路完整工作过程描述
- 3．元件清单
五、仿真调试与分析
- 1、各部件说明
- 2、仿真
- 3、分析
六、结论与心得
七、参考文献
仿真文件

一、设计任务与要求

设计任务：设计一个脉冲按键电话按键显示器，并用仿真软件对电路图进行仿真（仿真软件可用EWB、Multisim10.0或proteus）这里采用proteus进行仿真。要求如下。

基本要求

（1）设计一个具有八位显示的电话按键显示器；
（2）能准确反映按键数字；

提高要求

（3）显示器显示从低位向高位前移，逐位显示，最低位为当前输入位；
（4）重按键时，能首先清除显示；
（5）摘下话机后才能拨号有效，挂机后熄灭显示。（中→难）

二、方案设计与论证

根据题目的要求，首要任务是将具有八位的电话按键显示器准确响应按钮的输入，则必须有编码器跟译码器的结合使用。考虑到数字按钮有10个，所以编码器我选择了74LS147，它是一个10线-4线集成优先编码器，刚好可以实现对按键的响应；数码管显示器要求从低位向高位前移逐位显示，则可以想到运用具有寄存功能的元器件来完成移位显示，比如寄存器、移位寄存器、锁存器等，可以选用锁存器74LS175或74LS194；因为其具有经上升沿触发，使得输入端的信号传给输出端，可以通过按钮动作产生一个脉冲，进而达到移位目的；而且它们都具有MR清零端，通过电路设计可以完成清除屏幕数字。熄灭显示可以采用数码管显示译码器74LS248或74LS48来完成该功能。
方案一、以编码器74LS147、锁存器74LS175、显示译码器74LS248为组合进行设计
方案一设计框架图如下：

按下数字按键进行输入，经过74LS147编码输出四位8421BCD码，取反后输入到第一个74LS175。当数字按键产生的脉冲进入74LS175后，第一个74LS175中的四位BCD码输出到第二个74LS175的输入端和74LS248的输入端。四位BCD码经过74LS248变成7个2进制信号输入到数码管中使之显示相应的数字。再按下第二个数字按键时，又产生一个新的四位BCD码输入到第一个74LS194中。此时第二个74LS194中存有第一次的BCD码，第一个74LS194中有第二次的BCD码。再来一个脉冲，BCD码经过74LS248译码使数码管显示相应的数字。其后的各位输入也一样。
方案二、以单片机为基础进行设计

工作原理

如设计图2，给电路通电时，单片机开始工作，电路处于初始状态，数码管没有显示，扬声器不发声，单片机等待键盘扫描，当键盘有输入时，进入程序循环，进行移位和数码显示程序，直至有八次输入后，程序进入定时中断，不再接受键盘输入；当按删除键时，进行移位和数码显示程序。当按重按键时数码管显示关闭，程序回到初始状态等待下一次输入。当按下挂机键时，显示器全灭。
方案的选择:
由于方案1是运用的是小规模元器件，有利于对数电知识的进一步了解。
方案2是运用单片机来实现的，虽然容易实现，但无法达到本次课程设计的目的，所以选择方案1。

三、单元电路设计与参数计算

1 显示电路设计

如下图（图3.1），按下数字按钮时，低电平从10-4线的输入端输入，根据74LS147的功能表（表3-1-1）相应的输出为编码为反码，则给第一个显示译码器74LS175接74LS147锁存器的互补输出端，这样第一个数码管就能正确的显示对应的数字；同时下一位的数码管锁存端接本位的数码管输出端，下一位数码管直接接锁存输出端，以此类推。并且所有的锁存器的清零端（CR或MR端口）、时钟信号端（CLK端口）连接在一起，可以实现同时清零与同时移位的功能。

2、时钟脉冲触发移位电路

如图3-2所示，编码器的四位输出和按键“0”接到AN1的输入，经N1、A1、N2，将N2的输出接到所有的锁存器的时钟引脚。根据锁存器功能表（表3-2-1），当有按键按下时，编码器的四位输出或者按键“0”至少有一位是低电平，松开按键后恢复到高电平，在反相器的输出端产生一个正脉冲，使得锁存器的电平能够输出到七段译码显示器。同时，由于后一位输入接的是前一位的输出，因而在打开锁存器的同时会将前一块锁存器的输出端信号送给下一块锁存器输出端，产生移位的效果。

3.清零电路

1）满屏清零
如图3-3-1，当按入数字满屏时，再次按下按钮的时候，会首先清零，恢复为初状态。

原理：
启动整个电路时，数码管显示初始值“0000000_”，这时最低位为空，也就是全灭状态，这时最低位数码管对应的锁存器的输出端全为高电平（图3-3-2），而有数字显示时，输出端不全为高电平，利用这一特点，当“_”退出第八位的数码管时（即按下八个数字后），第九块锁存器的输出端全为高电平（图3-3-3），当再按下数字按钮后，第十块锁存器的输出端全为高电平，此时通过与非门后变成低电平输入给数据选择器的选通端（图3-3-4），根据数据选择器的功能表（表3-3-1），则数据选择器的Y1口由B1高电平选向A1的低电平，Y1将低电平输入给锁存器的清零端，数码管清零，随即数据选择器的选通端又变为高电平，锁存器恢复正常。

图3-3-2 最低位全灭图

图3-3-3 满屏时电位电路

图3-3-4 数据选择器作用图

2）按钮清零
将按钮一端接低电平，另一端接锁存器的清零端，当按下该按钮时，所有数码管全部清零，恢复初始值“0000000_”。

4 挂机灭灯

挂机灭灯的原理其实很简单，就是运用了74LS248的消隐端，给消隐端低电平时，数码管七段全灭。但必须在挂断的同时将锁存器的数据清零，不然挂断后重新拿起时，之前的数字是不会被清除的，即挂断拿起后还是显示原来的数字。利用这一点，可以添加一个双闸开关，将74LS248的消隐端接入其中的一闸，清零端接入另一闸，它们的另一端都接地，即可完成该功能。

四、总电路工作原理及元器件清单

1．总原理图

总原理图如下：（如看不清楚，在文档的最后有本图的清晰图附录）

2．电路完整工作过程描述

工作原理：
如图，电路启动时，数码管显示“0000000_”字样，等待输入号码，按下数字按钮时，低电平从10-4线的输入端输入，根据74LS147的功能相应的输出为编码为反码，则给第一个显示译码器74LS175接74LS147锁存器的互补输出端，这样第一个数码管就能正确的显示对应的数字；同时下一位的数码管锁存端接本位的数码管输出端，下一位数码管直接接锁存输出端，每按一次数字按钮时，按钮经过电路会产生一个脉冲导致锁存器打开，数字向左移动一位显示，当达到显示器满屏时，再按数字按钮的时候最高位推至第十块锁存器，经过电路产生下降沿，同时下降沿转变成负脉冲反馈到锁存器74LS175的清零端，数码管清零，使得电路回到初始状态，等待下次的号码输入；当按入数字满屏时，再次按下按钮的时候，会首先清零，恢复为初状态。挂机是一个双闸刀开关，挂机的同时，进行对锁存器清零，此时再按按钮无效。双闸刀开关旁边的按钮是重按键，按下时触发锁存器74LS175的清零端，数码管清零。

3．元件清单

五、仿真调试与分析

1、各部件说明

（1）开关0-9为电话号码数字输入键，双闸刀开关为挂机键，C按钮是重按键控制数码管的清零操作
（2）数码管从右至左为从低位到高位显示，仿真会从低位到高位逐步移位显示

2、仿真

（1）打开仿真开关，数码管显示初始值“0000000_”，等待数字按键的输入。如图5-2-1

图5-2-1 初始状态图
（2）按下数字键盘，数码管会显示所按下的数字。按下1 2 3 4 5 6 7 0：如图5-2-2

图5-2-2 显示图
(3) 当“”消失时，即按够八位数字时，再按下数字按钮时，会首先触发清零，数码管显示初始值“0000000”：如图5-2-3

图5-2-3 满屏清零图
（4）当双闸开关置接线端时，数码管全灭；如图5-2-4

（5）当双闸开关置悬空端时，数码管恢复初始值“0000000_”。再次等待数字按键的输入。如图5-2-5

图5-2-5 开机待输入图
（6）输入随意数字，按清零键清零，如图5-2-6

3、分析

本设计完全达到该设计题目的所有要求，但是无法实现当输错一位的时候删除该数字，这是我自己想添加的功能，由于时间限制，将在以后将其完善。

六、结论与心得

很开心我完成了本次的课程任务的所有要求，达到难的级别，这大大巩固了我的数电知识，也学到了很多新的知识，接触了很多新的芯片，懂得了如何快速的去查看各种芯片的功能表，至今在我的脑海里还在翻腾着74系列的芯片功能表。之前对于芯片的触发器还不是很会利用，经过这一次课程设计，加深了我对于触发器的运用、理解，大大的提高了对锁存器的认识。
其实最大的收获应该是在解决问题的方法上，我学到了不一样的思维方式，在这次课设中模块化的设计思想尤为突出，将问题化成一部分来解决的确快速方便很多。
最后通过这次的数电课程设计我深深地体悟到扎实的理论知识多么重要，因为只有有了扎实的理论才能进行原理分析、更好的设计出电路图。但同时实践也是必须的，亲手实践能加强我们应用理论的能力，激发我们的兴趣、巩固理论知识。

七、参考文献

[1]李继凯、杨艳·数字电子技术及应用，科学出版社，2012-8

仿真文件

https://download.csdn.net/download/weixin_44908159/75643085

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