简易公用电话计数器电路设计说明书.doc

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中北大学
课程设计说明书

学生姓名：

学 号：

学 院:
 电子与计算机科学技术学院
专 业：
 微电子学
题 目:
简易公用电话计数器电路设计说明书

指导教师：孟令军 职称: 副教授

2010年 1 月 15 日

目录

1、课程设计目的…………………………………………………………………….2
2、课程设计内容和要求
2。1、设计内容……………………………………………………………………………………….2
2。2、设计要求………………………………………………………………………………………。2
3、 设计方案………………………………………………………………………….2
3。1、设计思路………………………………………………………………………………………。2
3。2、工作原理及硬件框图…………………………………………………………………………。3
（一）标准信号源原理说明…………………………………………………………………………3
（二）分频器原理说明………………………………………………………………………………4
（三）3分钟定时器原理说明………………………………………………………………………5
(四)通话次数计数器显示电路说明………………………………………………………………6
(五）复位电路说明…………………………………………………………………………………7
3.3、硬件电路原理图………………………………………………………………………………。8
3.4、PCB版图设计…………………………………………………………………………………。9
4、课程设计总结……………………………………………………………………10
5、参考文献…………………………………………………………………………11

1、课程设计目的
(1）掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；
（2）学习简单电路系统设计，掌握Protel99的使用方法；
（3）掌握计数器、显示等中规模数字集成器件的逻辑功能和使用方法;
（4）学习掌握硬件电路设计的全过程。

2、课程设计内容和要求：
2.1、设计内容
(1)查阅所用器件技术资料，详细说明设计的公用电话计数器工作流程;
（2）电话计数器每3分钟计数一次；
（3）具有手动复位功能,显示通话次数；
（4）整理设计内容，编写设计说明书。
2.2、设计要求
（1）理解公用电话计数器设计流程和工作原理；
（2）设计方案电路原理图及PCB图；
（3）课程设计说明书。

3、 设计方案
3.1、设计思路
当按下复位按键时，复位电路保证3分钟电路及二位十进制计数器同时清零,此时电话通话次数为零。当松开复位按键时，计时开始，此时由标准信号发生器产生的f0=32768Hz信号经过十二级分频得到的f0=8Hz脉冲输入3分钟定时器,选用f0=8Hz的原因时考虑到设计要求定时精度所选定的.3分钟定时器的功能时每三分钟输出一个脉冲，该脉冲被送到计数译码器显示电路，便显示出通话次数.
如图1为该计时器的工作框图,主要有标准信号源，分频器,3分钟定时器,计数器译码显示等电路组成。

图1 计时器的工作框图

3。2、工作原理及硬件框图
（一）标准信号源原理说明:
产生脉冲信号的电路很多，例如由集成门电路构成的多谐振荡器，由555定时器组成的方波发生器等.由于该标准信号源要求频率稳定性及输出信号精度比较高，故采用由CD4011与非门（CMOS)电路及晶体原件组成的多谐振频率的信号如图2所示,晶振的标称频率为32768Hz。
由于石英晶体的选频特性非常好,只有其串联谐振频率的信号才最容易通过，而其他频率会被晶体大大衰减，所以电路在满足震荡的条件下,其输出频率仅取决于晶体的标称频率，与其他原件参数无关。电路中的电阻R是保证G1门工作在线性状态而加入的，电容C抑制告辞谐波,以保证输出频率稳定.G3门是为了改善输出波形质量，增加带负载能力而加入的缓冲级。

图2 标准信号源电路及分频器

（二）分频器原理说明：
由于f=32768Hz频率比较高，为了得到低频信号且又能满足定时要求的脉冲,可采用CD4040二进制计数器/分频器进行分频.
CD4040是由12个T型触发器组成的串行二进制计数器/分频器.复位端高电平有效，2个输入端，一个是时钟CP,一个是复位清零端，有12个分频输出端Q1-Q12,最大分频系数为212=4096。
n位二进制计数器的最高位输出信号的频率fn 与计数器脉冲频率fcp的关系为fn=fcp/2n .现选择12位异步二进制计数器CD4040，则CD4040计数器最高位输出频率为 f12=f0=fcp/212=8Hz 电路如图2，CR为清零端。

表1 CD4040功能表
输入
输出

L
不变

L
进入下一状态
X
H
全部输出为L
（三）3分钟定时器工作原理说明:
该电路是本系统的关键。n位二进制计数器的输出状态与计数脉冲的个数关系为： （N)D=2n-1Qn—1+2n-2Qn-2+……+20Q0
因为输入脉冲的周期T0=1/f0定时为3分钟=180秒所需要的输入脉冲的个数N为：N=180/T0=180f0=1440个.又因为(N）D=(1440)D=（10110100000)B即要求计数器的模等于1440,利用反馈清零法,可设计出该电路 .如图3所示,当CD4040累计到1440个脉冲时，G1输出为1， G2输出为0， G3被置为1。一旦4040的CR端为高电平，其输出立即被清零，由于CR组成的触发器具有记忆功能,故G3输出不变，当f0上升沿到来时,G3输出为0，CD4040的清零信号解除。可见G3输出的信号fT是周期为3分钟，输出高电平为 1/16秒 的窄脉冲。二极管D1的作用见 图6.复位电路.

图3 三分钟定时电路

(四）通话次数计数器显示电路说明：
该电路由二位十进制计数器完成，可采用中规模集成计数器CD4029组成。
译码器选用OC门输出的七段显示译码器74LS47，显示器采用共阳极七段LED数码管.其中R是限流电阻，即当74LS47输出为低电平时，流入其输出端电流要小于74LS47的最大允许灌电流。若R过小，流入74LS47的灌电流增大;若R过大，则LED数码管太暗.一般R选择200W~500W（在5V电源下）。
CD4029通过控制输入端可构成二进制或者BCD计数器，它有3个控制端,即二进制/十进制转换B/D，加/减转换U/D和预置数LD，另外它还有4个置数端D0-D3,4个输出端Q0—Q3，脉冲输入端CP，进位输入端，进位输出端。CD4029具有优先进位功能的四位二/十进制加/减计数器，进位功能可以根据加法和减法或者二进制和十进制来确定CP上升沿进行计数。
电路如图4所示.由于CD4029无清零端，实现复位功能需要置数清零。译码器选用OC门输出的七段显示译码器74LS47,显示器采用共阳极七段LED数码管。其中R是限流电阻，即当74LS47输出为低电平时，流入74LS47的灌电流增大；如果R过大,则LED数码管太暗。一般R选择200Ω—500Ω （在5V电源下）。

表2 4029功能表

L
L
L
H

L
H

L
H
H
L

H
H

保持

H

保持

图4 通话时间显示电路
（五)复位电路说明：
根据设计要求,在每次通话之前一定要清零。当复位按键按下时，3分钟定时电力和通话次数计数电路均被清零。如图5所示。当S（复位开关）按下时,+5V电源同时加到2分钟定时器的清零端和通话次数的指数段，使其强迫清零.但由于二极管D1的存在，+5V电源加不到门电路CD4001的输出端，避免了CD4001的损坏。另外.由于D2的作用，使得3分钟定时脉冲仅能加到3分钟定时器的清零端和通话次数计数器的计数脉冲输入端，而传送不到通话次数计数器的置数端上来,从而实现了正常的计数。

图5 复位电路
3.3、硬件电路原理图

3。4、PCB版图设计

4、课程设计总结
第一，接到任务以后进行选题。选题是设计的开端,选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始的第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地；因此选题时一定要考虑好了.
第二，题目确定后就是找资料了.查资料是做设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，在课程设计的过程中，较多的时间是用来查阅资料,因为还是第一次做电子课程设计，所以一般通过网上查阅和图书馆资料查阅，在此查阅期间，我学会了怎样使用超星阅读器和PDF阅读器。
第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料,对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上,综合已有的资料来更透彻的分析题目。
第四，有了方向，就应该动手实现了。其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。
本次课程设计，让我学到了很多东西。从对protel运用的不熟到熟练掌握,从对数电的理论知识运用到实际当中,这一切都离不开我的不断努力，更加对硬件电路的设计、调试和分析有了一定的了解。同时也认识到设计者必须有广泛的知识基础、缜密的思路以及认真地工作态度，这对我今后的学习和工作都将起到不可忽视的作用。
在实现彩灯循环的过程中，我认识到任何看上去不好实现的事，只有在经过了努力之后才能作好，有些封装，在PCB图中也找不到,必须自己画。同时我也从这次实验中，认识到基础知识的重要性,只有基础牢固，才能在学习综合的专业技能时得心应手。虽然我们对课本知识有所掌握，但在实际操作中，我依然碰到很多困难，在同学和老师的帮住下，它们得到了改正，非常感谢帮助我的老师、学长和同学们!

5、参考文献
(1）童诗白．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，2002
（2）张建华．数字电子技术．北京：机械工业出版社，2004
（3)陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：机械工业出版社，2005
（4）毕满清．电子技术实验与课程设计．北京:机械工业出版社，2005
（5）潘永雄．电子线路CAD实用教程．西安:西安电子科技大学出版社，2002
(6）张亚华．电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：航空工业出版社，2004

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