简易公用电话计数器电路设计说明书完成.docx
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简易公用电话计数器电路设计说明书完成.docx
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简易公用电话计数器电路设计说明书完成
目录
1、课程设计目的…………………………………………………………………….2
2、课程设计内容和要求…………………………………………………………….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、理解公用电话计数器及相关功能电路的基本原理;
2、掌握利用protel绘制电路原理图与制作PCB图的方法。
3、Protues仿真。
2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):
1、实现公用电话计数器的具体工作要求:
(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;
2、1、电路原理图及PCB图;
2、编程思想流程图;
3、设计报告;
设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕:
(1)电路原理图及PCB图;
(2)编程思想流程图;
(3)设计报告;
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抑制高次谐波,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1CD4040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24029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3分钟定时器的清零端和通话次数的置数段,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、仿真图
5、课程设计总结
第一,接到任务以后确定实现方法。
这是设计的开端,选择恰当的实现方法,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。
第二,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。
第三,有了方向和基本知识,就应该动手实现了。
其实以前的两步都是为这一步作的铺垫。
在实现设计的过程中,我巩固复习了protel和proteus软件的使用,进一步理解了数电的应用,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。
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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