1、中北大學課程設計說明書   學生姓名:學 號： 學 院: 電子與計算機科學技術學院專 業: 微電子學題 目:簡易公用電話計數器電路設計說明書指導教師： 職稱:   2010年 1 月 15 日目錄1、課程設計目的.22、課程設計內容和要求2.1、設計內容.22.2、設計要求.23、 設計方案.23.1、設計思路.23.2、工作原理及硬件框圖.3（一）標準信號源原理說明3（二）分頻器原理說明4（三）3分鐘定時器原理說明5（四）通話次數計數器顯示電路說明6（五）復位電路說明73.3、硬件電路原理圖.83.4、pcb版圖

2、設計.94、課程設計總結105、參考文獻111、課程設計目的 （1）掌握電子電路的一般設計方法和設計流程；（2）學習簡單電路系統設計，掌握protel99的使用方法；（3）掌握計數器、顯示等中規模數字集成器件的邏輯功能和使用方法；（4）學習掌握硬件電路設計的全過程。2、課程設計內容和要求：2.1、設計內容 （1）查閱所用器件技術資料，詳細說明設計的公用電話計數器工作流程；（2）電話計數器每3分鐘計數一次；（3）具有手動復位功能，顯示通話次數；（4）整理設計內容，編寫設計說明書。2.2、設計要求（1）理解公用電話計數器設計流程和工作原理；（2）設計方案電路原理圖及pcb圖；（3）課程設計說明書。

3、3、 設計方案3.1、設計思路當按下復位按鍵時，復位電路保證3分鐘電路及二位十進制計數器同時清零，此時電話通話次數為零。當松開復位按鍵時，計時開始，此時由標準信號發生器產生的f0=32768hz信號經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的原因時考慮到設計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，該脈沖被送到計數譯碼器顯示電路，便顯示出通話次數。如圖1為該計時器的工作框圖，主要有標準信號源，分頻器，3分鐘定時器，計數器譯碼顯示等電路組成。 圖1 計時器的工作框圖3.2、工作原理及硬件框圖（一）標準信號源原理說明：產生脈沖信號的電路很

4、多，例如由集成門電路構成的多諧振蕩器，由555定時器組成的方波發生器等。由于該標準信號源要求頻率穩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，晶振的標稱頻率為32768hz。由于石英晶體的選頻特性非常好，只有其串聯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稱頻率，與其他原件參數無關。電路中的電阻r是保證g1門工作在線性狀態而加入的，電容c抑制告辭諧波，以保證輸出頻率穩定。g3門是為了改善輸出波形質量，增加帶負載能力而加入的緩沖級。圖2 標準信號源電路及分頻器（

5、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，可采用cd4040二進制計數器/分頻器進行分頻。cd4040是由12個t型觸發器組成的串行二進制計數器/分頻器。復位端高電平有效，2個輸入端，一個是時鐘cp，一個是復位清零端，有12個分頻輸出端q1-q12,最大分頻系數為212=4096。n位二進制計數器的最高位輸出信號的頻率fn 與計數器脈沖頻率fcp的關系為fn=fcp/2n 。現選擇12位異步二進制計數器cd4040，則cd4040計數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

6、輸入輸出l不變l進入下一狀態xh全部輸出為l（三）3分鐘定時器工作原理說明： 該電路是本系統的關鍵。n位二進制計數器的輸出狀態與計數脈沖的個數關系為： (n)d=2n-1qn-1+2n-2qn-2+20q0因為輸入脈沖的周期t0=1/f0定時為3分鐘=180秒所需要的輸入脈沖的個數n為：n=180/t0=180f0=1440個。又因為(n)d=(1440)d=(10110100000)b即要求計數器的模等于1440，利用反饋清零法，可設計出該電路 。如圖3所示，當cd4040累計到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

7、于cr組成的觸發器具有記憶功能，故g3輸出不變，當f0上升沿到來時，g3輸出為0，cd4040的清零信號解除。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.復位電路。圖3 三分鐘定時電路（四）通話次數計數器顯示電路說明：該電路由二位十進制計數器完成，可采用中規模集成計數器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數碼管。其中r是限流電阻，即當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數碼管太暗。

8、一般r選擇200w500w（在5v電源下）。cd4029通過控制輸入端可構成二進制或者bcd計數器，它有3個控制端，即二進制/十進制轉換b/d，加/減轉換u/d和預置數ld，另外它還有4個置數端d0-d3,4個輸出端q0-q3,脈沖輸入端cp，進位輸入端,進位輸出端。cd4029具有優先進位功能的四位二/十進制加/減計數器，進位功能可以根據加法和減法或者二進制和十進制來確定cp上升沿進行計數。電路如圖4所示。由于cd4029無清零端，實現復位功能需要置數清零。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數碼管。其中r是限流電阻，即當74ls47輸出為低電平時，流

9、入74ls47的灌電流增大；如果r過大，則led數碼管太暗。一般r選擇200-500 （在5v電源下）。 表2 4029功能表 lllhlhlhhlhh保持h保持圖4 通話時間顯示電路（五）復位電路說明：根據設計要求，在每次通話之前一定要清零。當復位按鍵按下時，3分鐘定時電力和通話次數計數電路均被清零。如圖5所示。當s（復位開關）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的指數段，使其強迫清零。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計數器的計數脈沖

10、輸入端，而傳送不到通話次數計數器的置數端上來，從而實現了正常的計數。圖5 復位電路3.3、硬件電路原理圖3.4、pcb版圖設計4、課程設計總結第一，接到任務以后進行選題。選題是設計的開端，選擇恰當的、感興趣的題目，這對于整個畢業設計是否能夠順利進行關系極大。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、費許多周折，甚至南轅北轍，難以到達目的地；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。查資料是做設計的前期準備工作，好的開端就相當于成功了一半，在課程設計的過程中，較多的時間是用來查閱資料，因為還是第一次做電子課程設計，所以一般通過

11、網上查閱和圖書館資料查閱，在此查閱期間，我學會了怎樣使用超星閱讀器和pdf閱讀器。第三，通過上面的過程，已經積累了不少資料，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，就應該動手實現了。其實以前的三步都是為這一步作的鋪墊。本次課程設計，讓我學到了很多東西。從對protel運用的不熟到熟練掌握，從對數電的理論知識運用到實際當中，這一切都離不開我的不斷努力，更加對硬件電路的設計、調試和分析有了一定的了解。同時也認識到設計者必須有廣泛的知識基礎、縝密的思路以及認真地工作態度，這對我今后的學習和工作都將起到不可忽視的作用。在實現彩燈循環的過程中，我認識到任何看上去不好實現的事，只有在經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。同時我也從這次實驗中，認識到基礎知識的重要性，只有基礎牢固，才能在學習綜合的專業技能時得心應手。雖然我們對課本知識有所掌握，但在實際操作中，我依然碰到很多困難，在同學和老師的幫住下，它們得到了改正，非常感謝幫助我的老師、學長和同學們！5、參考文獻（1）童詩白模擬電子技術基礎北京