數(shù)電課程設計--籃球競賽30秒計時器設計

1、<p><b>　　數(shù)字電路課程設計</b></p><p>　　籃球競賽30秒計時器設計</p><p><b>　　專業(yè)班級：</b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　學 號：</b>&l

2、t;/p><p><b>　　年 月 號</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設計要求************************************************************2</p><p>　　正文****************

3、************************************************2</p><p>　　1.設計原理******************************************************2</p><p>　　2.設計方案******************************************************3<

4、;/p><p>　　3.電路設計******************************************************3</p><p>　　4.元器件********************************************************7</p><p>　　5.邏輯電路圖************************

5、****************************7</p><p>　　安裝與測試*********************************************************11</p><p>　　1.電路的安裝***************************************************11</p><p>

6、　　2.電路的調(diào)試***************************************************11</p><p>　　課程設計小結(jié)*******************************************************12</p><p>　　參考文獻*********************************************

7、**************12</p><p>　　附錄***************************************************************13</p><p><b>　　設計要求：</b></p><p>　　本課程設計是脈沖數(shù)字電路的簡單應用，設計籃球競賽30秒計時器。能夠滿足基本要求如下：具有

8、顯示30秒計時功能；設置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；計時器為30秒遞減計時器，其計時間隔為1秒。計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時發(fā)出光電報警信號。同時應用了七段數(shù)碼管來顯示時間。此計時器有了啟動、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實現(xiàn)斷點計時功能，當計時器遞減到零時，會發(fā)出光電報警信號。</p><p>　　此計時器的設計采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由三個模塊組成，即計時模塊、控制模塊

9、、以及譯碼顯示模塊。在設計此計時器時，采用模塊化的設計思想，使設計起來更加簡單、方便、快捷。此電路是一時鐘產(chǎn)生，觸發(fā)，倒計時計數(shù)，譯碼顯示為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎上，構(gòu)造主體電路和輔助電路兩個部分</p><p>　　關(guān)鍵字： 計時器 光電報警 模塊化 </p><p><b>　　正文：</b></p><p>&

10、lt;b>　　1.設計原理</b></p><p>　　30秒計時器的總體參考方案框圖如下圖所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路（簡稱控制電路）等五個模塊組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計數(shù)器完成30秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。</p><

11、;p>　　30秒計時器系統(tǒng)設計框圖</p><p>　　秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標準，本設計的信號電路采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。</p><p>　　譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在實驗中可用發(fā)光二極管代替。 </p><p><b>　　

12、2.設計方案</b></p><p>　　分析設計任務，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停／連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設計要求，在設計控制電路時，正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。</p><p>　　當啟動開關(guān)閉合時，控制電路應

13、封鎖時鐘信號CP，同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示“30”字樣；當啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；當暫停／連續(xù)開關(guān)撥在暫停位置上時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當暫停／連續(xù)開關(guān)撥在連續(xù)時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。</p><p><b>　　3.電路設計</b></p><p>　　8421BCD碼遞減計數(shù)器模塊電路</p><p>　　

14、實驗中計數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進行設計，74LS192是十進制同步加法/減法計數(shù)器，它采用8421BCD碼二-十進制編碼，其功能表如下表所示。</p><p>　　74LS192的功能表</p><p>　　由此看出,當LDˊ=1,CR=0,CPD=1時,如果有時鐘脈沖加到CPU端,則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上進行加法計數(shù),當計數(shù)到9時,COˊ端輸出進位下降沿跳變脈沖；當LDˊ=

15、1，CR=0，CPU=1時，如果有時鐘脈沖加到CPD端，則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上進行減法計數(shù)，當計數(shù)到0時，BOˊ端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設計出三十進制減法計數(shù)器，具體電路圖如下圖所示,圖中的Q0-Q7分別接到顯示譯碼器的輸入端，CPD端接到秒脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端。圖中預置數(shù)為N=（0011000）8421BCD=（30）10，當?shù)臀挥嫈?shù)器的借位輸出端BOˊ輸出借位脈沖時，高位計數(shù)器才開始進行減法計數(shù)。當計數(shù)到高、低位計數(shù)器都為

16、零時，高位計數(shù)器的借位輸出端BOˊ輸出借位脈沖，使置數(shù)端LDˊ=0，則計數(shù)器完成置數(shù)，在CPD端輸入脈沖的作用下，進行下一循環(huán)的減法計數(shù)。</p><p><b>　　三十進制減法計時器</b></p><p><b>　　時鐘信號控制電路</b></p><p><b>　　時鐘信號控制電路</b>

17、</p><p>　　時鐘脈沖信號 CP 的控制電路 ,控制 CP 的放行與停止。當定時時間未到時，74LS192的借位輸出信號BO2=1時，則CLK信號受“暫停/繼續(xù)”開關(guān)S2的控制，當S2處于“暫?！蔽恢脮r，門U10A輸出0，門U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號，計數(shù)器暫停計數(shù)；當S2處于“連續(xù)”位置時，門U10A輸出1，門U2A打開，放行CLK信號，計數(shù)器在CLK作用下，繼續(xù)累計計數(shù)。當定時時間到時，BO2=0，門

18、U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號，計數(shù)器保持零狀態(tài)不變。從而實現(xiàn)了當暫停/連續(xù)開關(guān)處于暫停狀態(tài)時，控制電路封鎖計數(shù)脈沖，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示原來的數(shù)，而且保持不變；當暫停/連續(xù)開關(guān)處于連續(xù)狀態(tài)時，計數(shù)器正常計數(shù)，的功能要求。注意，BO2是脈沖信號，只有在CPD保持為低電平才能保持不變。</p><p>　　秒脈沖信號產(chǎn)生模塊電路</p><p>　　NE555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時器構(gòu)成，

19、其引腳圖如下圖所示。</p><p>　　NE555秒脈沖發(fā)生器的周期與其充電的時間有關(guān)，充電時間由電容C1、電阻R1和R2所決定周期的計算公式為：T=Ln2(R1+2R2)×C1。本實驗需要的周期是1s，計算出較為穩(wěn)定的電阻電容值為：R1=15kΩ,R2=68kΩ, C1=10μF,C2=10nF。計算得T=1s。</p><p>　　當計數(shù)器遞減計數(shù)到零 ( 即定時時間到 )

20、 時 , 控制電路應發(fā)出報警信號 , 使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時報警電路工作。如下圖所示。</p><p>　　當計數(shù)到零時,兩計數(shù)器借位端輸出多為低（0）,故本設計將高位片借位反饋到二極管負極性端,此時+5V電源經(jīng)1k電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報警信號,完成報警功能,而在遞減計數(shù)時,端輸出為高（1）,二極管不報警。</p><p><b>　　+5V</b>&l

21、t;/p><p><b>　　600Ω</b></p><p><b>　　BO2 </b></p><p><b>　　發(fā)光報警電路</b></p><p><b>　　4.元器件：</b></p><p><b>　　5.

22、邏輯電路圖：</b></p><p>　　74LS192外引腳及時序波形圖。圖中、分別是加計數(shù)、減計數(shù)的時鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。</p><p>　　是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）， 、分別是進位、借位輸出端（低電平有效），CR是異步清零端，D3-D0是并行數(shù)據(jù)輸入殿，Q3-Q0是輸出端。</p><p>　　74LS192功能表</p&

23、gt;<p>　　工作原理是：當=1，CR=0時，若時鐘脈沖加到端，且=1 </p><p>　　則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上完成加計數(shù)功能，當加計數(shù)到9時，端發(fā)出進位下跳變脈沖；若時鐘脈沖加到端，且 =1，則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上完成減計數(shù)功能，當減計數(shù)到0時， 端發(fā)出借位下跳變脈沖</p><p>　　圖2-6 555多諧振蕩電路圖</p><p>

24、;<b>　　輔助時序控制電路圖</b></p><p><b>　　三十進制減法計時器</b></p><p><b>　　時鐘信號控制電路</b></p><p><b>　　安裝與測試</b></p><p><b>　　1.電路的安裝&l

25、t;/b></p><p>　　電路安裝要注意幾個原則：</p><p>　　1.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊的等；</p><p>　　2. 布線盡量使電源線和地線靠近實驗電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；</p><p>　　3. 最好分模塊安裝等等。</p><p>　　此外焊接時不能出現(xiàn)虛焊、假焊

26、、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因為有些器件，不能耐高溫，比如焊接三極管時，電烙鐵絕對不能停留太久。</p><p><b>　　2.電路的調(diào)試</b></p><p>　　調(diào)試時應小心謹慎，電路安裝完畢后，首先應檢查電路各部分的接線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件的引腳之間有無短路，器件有無接錯。再接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無異常現(xiàn)象。如果出現(xiàn)

27、異?，F(xiàn)象，應立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新通電。</p><p><b>　　課程設計小結(jié)：</b></p><p>　　根據(jù)實驗結(jié)果，本設計方案基本完成了設計的要求，總的來說該方案是十分可行的，電路結(jié)構(gòu)簡單，條理清晰，結(jié)果符合要求。但是由于產(chǎn)生的脈沖信號不易保持以及產(chǎn)生的秒脈沖信號不夠穩(wěn)定和精確的原因還存在著報警時間過短和計數(shù)時間不夠精確的缺陷，可以通過用分頻電

28、路來代替555信號發(fā)生器來產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈沖計時信號，來進一步改善電路計時的準確性；對產(chǎn)生的借位脈沖信號時間過短的原因可以用展寬電路把脈沖擴展到足夠?qū)?，使發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光。</p><p>　　從通過理論設計，到仿真軟件仿真，再到確定具體方案，再到安裝實際電路，最后到調(diào)試電路、成型。整個過程都需要我充分利用所學的知識進行思考、借鑒?？梢哉f，本次課設是針對前面所學的知識進行的一次比較綜合的檢驗。</p>

29、<p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　艾永樂、付子義.《數(shù)字電子技術(shù)基礎》 中國電力出版社</p><p>　　劉修文.《數(shù)字電子電路設計制作》 中國電力出版社</p><p>　　朱定華.《電子電路測試與實驗》 清華大學出版社</p><p>　　王毓銀.《數(shù)字電路邏輯設計》（脈沖與