1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)生姓名:學(xué) 號：學(xué) 院:電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院專 業(yè):微電子學(xué)題 目:簡易公用電話計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)說明書指導(dǎo)教師：孟令軍 職稱: 副教授 2010年 1 月 15 日目錄1、課程設(shè)計(jì)目的.22、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求2.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容.22.2、設(shè)計(jì)要求.23、設(shè)計(jì)方案.23.1、設(shè)計(jì)思路.23.2、工作原理及硬件框圖.3（一）標(biāo)準(zhǔn)信號源原理說明3（二）分頻器原理說明4（三）3分鐘定時器原理說明5（四）通話次數(shù)計(jì)數(shù)器顯示電路說明6（五）復(fù)位電路說明73.3、硬件電路原理圖.83.4、PCB版圖設(shè)計(jì).94、課程設(shè)計(jì)總結(jié)105、參考文獻(xiàn)111、課程設(shè)計(jì)目的 （1）掌握電子電路的一

2、般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程；（2）學(xué)習(xí)簡單電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握Protel99的使用方法；（3）掌握計(jì)數(shù)器、顯示等中規(guī)模數(shù)字集成器件的邏輯功能和使用方法；（4）學(xué)習(xí)掌握硬件電路設(shè)計(jì)的全過程。2、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：2.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）查閱所用器件技術(shù)資料，詳細(xì)說明設(shè)計(jì)的公用電話計(jì)數(shù)器工作流程；（2）電話計(jì)數(shù)器每3分鐘計(jì)數(shù)一次；（3）具有手動復(fù)位功能，顯示通話次數(shù)；（4）整理設(shè)計(jì)內(nèi)容，編寫設(shè)計(jì)說明書。2.2、設(shè)計(jì)要求（1）理解公用電話計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)流程和工作原理；（2）設(shè)計(jì)方案電路原理圖及PCB圖；（3）課程設(shè)計(jì)說明書。3、設(shè)計(jì)方案3.1、設(shè)計(jì)思路當(dāng)按下復(fù)位按鍵時，復(fù)位電路保證3分鐘電路及二位十進(jìn)制計(jì)數(shù)

3、器同時清零，此時電話通話次數(shù)為零。當(dāng)松開復(fù)位按鍵時，計(jì)時開始，此時由標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器產(chǎn)生的f0=32768Hz信號經(jīng)過十二級分頻得到的f0=8Hz脈沖輸入3分鐘定時器，選用f0=8Hz的原因時考慮到設(shè)計(jì)要求定時精度所選定的。3分鐘定時器的功能時每三分鐘輸出一個脈沖，該脈沖被送到計(jì)數(shù)譯碼器顯示電路，便顯示出通話次數(shù)。如圖1為該計(jì)時器的工作框圖，主要有標(biāo)準(zhǔn)信號源，分頻器，3分鐘定時器，計(jì)數(shù)器譯碼顯示等電路組成。 圖1 計(jì)時器的工作框圖3.2、工作原理及硬件框圖（一）標(biāo)準(zhǔn)信號源原理說明：產(chǎn)生脈沖信號的電路很多，例如由集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器，由555定時器組成的方波發(fā)生器等。由于該標(biāo)準(zhǔn)信號源要求頻率

4、穩(wěn)定性及輸出信號精度比較高，故采用由CD4011與非門（CMOS）電路及晶體原件組成的多諧振頻率的信號如圖2所示，晶振的標(biāo)稱頻率為32768Hz。由于石英晶體的選頻特性非常好，只有其串聯(lián)諧振頻率的信號才最容易通過，而其他頻率會被晶體大大衰減，所以電路在滿足震蕩的條件下，其輸出頻率僅取決于晶體的標(biāo)稱頻率，與其他原件參數(shù)無關(guān)。電路中的電阻R是保證G1門工作在線性狀態(tài)而加入的，電容C抑制告辭諧波，以保證輸出頻率穩(wěn)定。G3門是為了改善輸出波形質(zhì)量，增加帶負(fù)載能力而加入的緩沖級。圖2 標(biāo)準(zhǔn)信號源電路及分頻器（二）分頻器原理說明：由于f=32768Hz頻率比較高，為了得到低頻信號且又能滿足定時要求的脈沖，

5、可采用CD4040二進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分頻器進(jìn)行分頻。CD4040是由12個T型觸發(fā)器組成的串行二進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分頻器。復(fù)位端高電平有效，2個輸入端，一個是時鐘CP，一個是復(fù)位清零端，有12個分頻輸出端Q1-Q12,最大分頻系數(shù)為212=4096。n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的最高位輸出信號的頻率fn 與計(jì)數(shù)器脈沖頻率fcp的關(guān)系為fn=fcp/2n 。現(xiàn)選擇12位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4040，則CD4040計(jì)數(shù)器最高位輸出頻率為 f12=f0=fcp/212=8Hz 電路如圖2，CR為清零端。表1 CD4040功能表輸入輸出L不變L進(jìn)入下一狀態(tài)XH全部輸出為L（三）3分鐘定時器工作原理說明： 該電路是本系統(tǒng)的關(guān)

6、鍵。n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)與計(jì)數(shù)脈沖的個數(shù)關(guān)系為： (N)D=2n-1Qn-1+2n-2Qn-2+20Q0因?yàn)檩斎朊}沖的周期T0=1/f0定時為3分鐘=180秒所需要的輸入脈沖的個數(shù)N為：N=180/T0=180f0=1440個。又因?yàn)?N)D=(1440)D=(10110100000)B即要求計(jì)數(shù)器的模等于1440，利用反饋清零法，可設(shè)計(jì)出該電路 。如圖3所示，當(dāng)CD4040累計(jì)到1440個脈沖時，G1輸出為1， G2輸出為0， G3被置為1。一旦4040的CR端為高電平，其輸出立即被清零，由于CR組成的觸發(fā)器具有記憶功能，故G3輸出不變，當(dāng)f0上升沿到來時，G3輸出為0，CD4040的

7、清零信號解除。可見G3輸出的信號fT是周期為3分鐘，輸出高電平為 1/16秒 的窄脈沖。二極管D1的作用見 圖6.復(fù)位電路。圖3 三分鐘定時電路（四）通話次數(shù)計(jì)數(shù)器顯示電路說明：該電路由二位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成，可采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器CD4029組成。譯碼器選用OC門輸出的七段顯示譯碼器74LS47，顯示器采用共陽極七段LED數(shù)碼管。其中R是限流電阻，即當(dāng)74LS47輸出為低電平時，流入其輸出端電流要小于74LS47的最大允許灌電流。若R過小，流入74LS47的灌電流增大；若R過大，則LED數(shù)碼管太暗。一般R選擇200W500W（在5V電源下）。CD4029通過控制輸入端可構(gòu)成二進(jìn)制或者BCD計(jì)數(shù)

8、器，它有3個控制端，即二進(jìn)制/十進(jìn)制轉(zhuǎn)換B/D，加/減轉(zhuǎn)換U/D和預(yù)置數(shù)LD，另外它還有4個置數(shù)端D0-D3,4個輸出端Q0-Q3,脈沖輸入端CP，進(jìn)位輸入端,進(jìn)位輸出端。CD4029具有優(yōu)先進(jìn)位功能的四位二/十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器，進(jìn)位功能可以根據(jù)加法和減法或者二進(jìn)制和十進(jìn)制來確定CP上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。電路如圖4所示。由于CD4029無清零端，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能需要置數(shù)清零。譯碼器選用OC門輸出的七段顯示譯碼器74LS47，顯示器采用共陽極七段LED數(shù)碼管。其中R是限流電阻，即當(dāng)74LS47輸出為低電平時，流入74LS47的灌電流增大；如果R過大，則LED數(shù)碼管太暗。一般R選擇200-500 （在5V電

9、源下）。 表2 4029功能表 LLLHLHLHHLHH保持H保持圖4 通話時間顯示電路（五）復(fù)位電路說明：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在每次通話之前一定要清零。當(dāng)復(fù)位按鍵按下時，3分鐘定時電力和通話次數(shù)計(jì)數(shù)電路均被清零。如圖5所示。當(dāng)S（復(fù)位開關(guān)）按下時，+5V電源同時加到2分鐘定時器的清零端和通話次數(shù)的指數(shù)段，使其強(qiáng)迫清零。但由于二極管D1的存在，+5V電源加不到門電路CD4001的輸出端，避免了CD4001的損壞。另外。由于D2的作用，使得3分鐘定時脈沖僅能加到3分鐘定時器的清零端和通話次數(shù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖輸入端，而傳送不到通話次數(shù)計(jì)數(shù)器的置數(shù)端上來，從而實(shí)現(xiàn)了正常的計(jì)數(shù)。圖5 復(fù)位電路3.3、硬件電

10、路原理圖3.4、PCB版圖設(shè)計(jì)4、課程設(shè)計(jì)總結(jié)第一，接到任務(wù)以后進(jìn)行選題。選題是設(shè)計(jì)的開端，選擇恰當(dāng)?shù)摹⒏信d趣的題目，這對于整個畢業(yè)設(shè)計(jì)是否能夠順利進(jìn)行關(guān)系極大。好比走路，這開始的第一步是具有決定意義的，第一步邁向何方，需要慎重考慮。否則，就可能走許多彎路、費(fèi)許多周折，甚至南轅北轍，難以到達(dá)目的地；因此選題時一定要考慮好了。 第二，題目確定后就是找資料了。查資料是做設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，好的開端就相當(dāng)于成功了一半，在課程設(shè)計(jì)的過程中，較多的時間是用來查閱資料，因?yàn)檫€是第一次做電子課程設(shè)計(jì)，所以一般通過網(wǎng)上查閱和圖書館資料查閱，在此查閱期間，我學(xué)會了怎樣使用超星閱讀器和PDF閱讀器。第三，通過上面

11、的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個基礎(chǔ)上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。 第四，有了方向，就應(yīng)該動手實(shí)現(xiàn)了。其實(shí)以前的三步都是為這一步作的鋪墊。本次課程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多東西。從對protel運(yùn)用的不熟到熟練掌握，從對數(shù)電的理論知識運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，這一切都離不開我的不斷努力，更加對硬件電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和分析有了一定的了解。同時也認(rèn)識到設(shè)計(jì)者必須有廣泛的知識基礎(chǔ)、縝密的思路以及認(rèn)真地工作態(tài)度，這對我今后的學(xué)習(xí)和工作都將起到不可忽視的作用。在實(shí)現(xiàn)彩燈循環(huán)的過程中，我認(rèn)識到任何看上去不好實(shí)現(xiàn)的事，只有在經(jīng)過了努力之后才能作好，有些封裝，在PCB圖中也找不到，必須自己畫。同時我也從這次實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)識到基礎(chǔ)知識的重要性，只有基礎(chǔ)牢固，才能在學(xué)習(xí)綜合的專業(yè)技能時得心應(yīng)手。雖然我們對課本知識有所掌握，但在實(shí)際操作中，我依然碰到很多困難，在同學(xué)和老師的幫住下，它們得到了改正，非常感謝幫助我的老師、學(xué)長和同學(xué)們！5、參考文獻(xiàn)（1）童詩白模擬電子技術(shù)基