電子課程設(shè)計報告--籃球比賽倒計時器

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計 </p><p>　　設(shè)計題目： 籃球比賽倒計時器 </p><p>　　專 業(yè)： 自動化 </p><p>　　班 級： 1班 學(xué)號：

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　時 間： 2012 年 2 月 20 日～ 2 月26 日 </p><p>　　―――――――以下指導(dǎo)教師填寫―――――</p><p>　　分項(xiàng)成績：出勤 成品 答辯及考核 <

3、/p><p>　　總 成 績：總分 成績 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　電子課程設(shè)計是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論</p>&l

4、t;p>　　知識與實(shí)踐能力相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的環(huán)節(jié)。為</p><p>　　今后進(jìn)行復(fù)雜的綜合型電子系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試打下基礎(chǔ)。</p><p>　　在許多領(lǐng)域中計時器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈等。</p><p>　　本課程設(shè)計“籃球比賽倒計時器的設(shè)計”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間24秒限

5、制。一旦球員的持球時間超過了24秒，它自動的報警從而判定此球員的違例。</p><p>　　本設(shè)計主要能完成：電路具有24.0秒時間顯示功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的置數(shù)、啟動/連續(xù)和暫停功能；計數(shù)過程中，無論處于何種狀態(tài)，當(dāng)按下置數(shù)鍵時，計數(shù)重新開始；計時器為遞減計時，其計時間隔為0.1秒；當(dāng)計時器遞減計時到零時，顯示器顯示0，同時發(fā)出CP同步閃爍報警信號等。整個電路的設(shè)計借助于Proteus仿真軟件

6、以及數(shù)字電路相關(guān)理論知識，并在Proteus下設(shè)計和進(jìn)行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。</p><p><b>　　目　錄</b></p><p>　　第1章 緒論…………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1課程設(shè)計意義………………………………………………………………..1</p><

7、p>　　1.2 設(shè)計任務(wù)及要求…………………………………………………………………1</p><p>　　1.2.1 設(shè)計任務(wù)……………………………………………….……………………1</p><p>　　1.2.2 基本要求及目標(biāo)……………………………………………………..…….1</p><p>　　第2章 電路框圖及工作原理…………………………………

8、……………………1</p><p>　　2.1 設(shè)計方案…………………………………………………………………………1</p><p>　　2.2 電路框圖…………………………………………………………………………2</p><p>　　第3章 單元電路的設(shè)計…………………………………………………...………2</p><p>　　3.1 2

9、4進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計………………………………………………….………..2</p><p>　　3.2 數(shù)碼顯示電路的設(shè)計………………………………………………..………….4</p><p>　　3.3 0.1秒脈沖的設(shè)計….…………………………………………………..……5</p><p>　　3.4 報警電路的設(shè)計……………………………………………………….

10、.………7</p><p>　　3.5 整機(jī)工作原理………………………………………………………..………7</p><p>　　第4章 電路仿真……………………………………………………………...……..8</p><p>　　心得體會……………………………………………………………………….……..10</p><p>　　參考文獻(xiàn)…

11、…………………………………………………………………..……….11</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計意義</p><p>　　電子課程設(shè)計是學(xué)生在修完“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”和“電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”后開設(shè)的設(shè)計課程。目的是鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用電子技術(shù)基礎(chǔ)知識以及動手的能力，提高學(xué)

12、生使用中規(guī)模集成芯片以及調(diào)試較大型電子系統(tǒng)的能力，同時了解基本邏輯單元電路在實(shí)際生活中的應(yīng)用，為今后進(jìn)行復(fù)雜的綜合型電子系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試打下基礎(chǔ)。</p><p>　　通過課程設(shè)計，使學(xué)生加強(qiáng)對數(shù)字及模擬電子技術(shù)的理解，學(xué)會查閱資料、方案比較、方案選擇以及原理圖設(shè)計、計算、制作、調(diào)試等基本技能，增強(qiáng)分析、解決實(shí)際問題的能力。</p><p>　　1.2 設(shè)計任務(wù)及要求</p>

13、<p>　　1.2.1 設(shè)計任務(wù)</p><p>　　1．電路具有24.0秒時間顯示功能；</p><p>　　2．系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的置數(shù)、啟動/連續(xù)和暫停功能；</p><p>　　3．計數(shù)過程中，無論處于何種狀態(tài)，當(dāng)按下置數(shù)鍵時，計數(shù)重新開始。</p><p>　　4．計時器為遞減計時，其計時間隔為0.1秒；&

14、lt;/p><p>　　5．當(dāng)計時器遞減計時到零時，顯示器顯示0，同時發(fā)出CP同步閃爍報警信號。</p><p>　　6．該電路可應(yīng)用于籃球比賽</p><p>　　1.2.2 基本要求及目標(biāo)</p><p>　　1、根據(jù)課題任務(wù)進(jìn)行設(shè)計并繪制電路原理圖。</p><p>　　2、根據(jù)原理圖，用相關(guān)元器件搭建并測試電路，制

15、作實(shí)物。</p><p><b>　　3、撰寫設(shè)計報告。</b></p><p>　　4、設(shè)計報告格式要求：</p><p>　?、僬n題任務(wù)的相關(guān)參數(shù)與指標(biāo)。</p><p>　?、谶x擇集成電路芯片，列出材料清單。</p><p>　?、劾L制EDA電路原理圖，分析電路工作原理。</p>

16、<p>　　④測試邏輯功能，描述調(diào)試方法。</p><p><b>　?、輰懗鲂牡皿w會。</b></p><p>　　5．課程設(shè)計報告1份。</p><p><b>　　6．制作成品1套。</b></p><p>　　第2章 電路框圖及工作原理</p><p>

17、<b>　　2.1 設(shè)計方案</b></p><p>　　籃球比賽計時系統(tǒng)的主要功能包括：進(jìn)攻方24.0秒倒計時和計時結(jié)束警報提示。攻方24.0秒倒計時，當(dāng)比賽準(zhǔn)備開始時，屏幕上顯示24.0秒字樣，當(dāng)比賽開始后，倒計時從24.0倒數(shù)到00.0。這一模塊主要是利用雙向計數(shù)器74LS192來實(shí)現(xiàn)；報警提示：當(dāng)計時器到零時給出光電提醒。</p><p>　　此計時器的設(shè)計采

18、用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下3個組成，即計時模塊、控制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計此計時器時，采用模塊化的設(shè)計思想，使設(shè)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、報警為主要功能，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造電路。</p><p><b>　　2.2基本原理</b></p><p>　　24秒計時器的總體參考方案如框圖所示：</p>&l

19、t;p>　　它包括秒脈沖發(fā)生、遞減計數(shù)、三位譯碼驅(qū)動顯示、報警電路、控制開關(guān)和控制電路等模塊組成。計數(shù)部分完成24秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的置數(shù)、啟動、暫停/連續(xù)等功能。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標(biāo)準(zhǔn)，電路采用555集成電路。譯碼顯示電路由74LS48和共陰極八段數(shù)碼管組成。報警電路在實(shí)驗(yàn)中用發(fā)光二極管代替。</p><p>　　主體電路：24.0秒倒計時開始后，24秒置數(shù)，24秒的

20、倒數(shù)計時器的倒數(shù)計時器開始進(jìn)行倒計時，0.1秒倒計到零。選取“00.0”這個狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截斷信號。</p><p><b>　　單元電路的設(shè)計</b></p><p><b>　　3.0所用元器件</b></p><p>　　七段譯碼器74LS48（內(nèi)有驅(qū)動）3片、可逆十進(jìn)制計數(shù)器74LS192 3片、三輸

21、入或非門74LS27 1片、、二輸入與非門74LS00 3片、共陰極數(shù)碼管SM120501K 3個、六反相器74LS04 1片、555定時器1片。開關(guān)3個，電容10、1微法各1，電阻10K、470歐姆若干，LED1個，實(shí)驗(yàn)板，穩(wěn)壓電源，萬用表，導(dǎo)線若干。</p><p>　　3.1 24進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計</p><p>　　計數(shù)器選用集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計較為簡便，74LS

22、192是十進(jìn)制可編程同步加法計數(shù)器，它采用8421碼十進(jìn)制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加減計數(shù)功能。</p><p>　　圖3-1是74LS192引腳排列。圖中CU、CD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>　　PL是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效），TCU和TCD是進(jìn)位、借位輸出端（低電平有效），MR是異步清零端，P3-P0是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q3-Q0是輸

23、出端。</p><p>　　圖3-1 74LS192的引腳排列</p><p>　　74LS192的功能表見表3-1所示。</p><p>　　表 3-1 74LS192功能表</p><p>　　當(dāng)PL=1，MR=0時，若時鐘脈沖加到端CU，且CD =1則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計數(shù)功能，當(dāng)加計數(shù)到9時，TCU端發(fā)出進(jìn)位下跳變脈沖；若時

24、鐘脈沖加到CD端，且CU=1，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計數(shù)功能，當(dāng)減計數(shù)到0時，TCD 端發(fā)出借位下跳變脈沖。</p><p>　　由74LS192構(gòu)成的二十四進(jìn)制遞減計數(shù)器如下圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 8421BCD二十四遞減計數(shù)器</p><p>　　其預(yù)置數(shù)為N=（00100100.0000）= (24)10。在CD端的輸入時鐘脈沖作

25、用下，開始遞減。只有當(dāng)?shù)臀?TCD 端發(fā)出借位脈沖時 , 高位計數(shù)器才作減計數(shù)。當(dāng)高、低位計數(shù)器處于全零 , 完成一個計數(shù)周期，然后手動置數(shù)PL=0, 計數(shù)器完成置數(shù) ,再次進(jìn)入下一循環(huán)減計數(shù)。</p><p>　　3.2 數(shù)碼顯示電路的設(shè)計</p><p>　　根據(jù)設(shè)計的要求采用74LS48譯碼器來驅(qū)動共陰極數(shù)碼顯示管。74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和系

26、統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。74LS48和共陰極七段LED顯示器如圖3-3連接。這樣連接74LS48可直接驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管而不需像CC4511外接限流電阻。</p><p><b>　　圖3-3 顯示電路</b></p><p>　　74LS48輸入信號為BCD碼，輸出端為a、b、c、d、e、f、g共7線，另有3條控制線。LT為測試端，低電平有效，當(dāng)LT=0時，無論輸入端A

27、、B、C、D為何值，a～g輸出全為高電平，使7段顯示器件顯示“8”字型，此功能用于測試器件。RBI為滅零輸入端,低電平有效。在LT=1，RBI =0，且譯碼輸入為0時，該位輸出不顯示，即0字被熄滅。但當(dāng)譯碼輸入不全為0時，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。BI\RBI是一個特殊的端口，有時作用于輸入，有時作用于輸出，在這里不多做介紹。74LS48功能表見表3-2。</p><p>　　表3-2 74LS48的功

28、能表</p><p>　　七短數(shù)碼管的引腳圖如圖3-4所示，在使用時要注意是共陽還是共陰，其中3腳和8腳相連為公共端，因?yàn)榇舜卧O(shè)計是使用的共陰極數(shù)碼管，所以在電路中接地，6腳為小數(shù)點(diǎn)引腳，在設(shè)計中沒要求不需要對其處理。</p><p>　　圖3-4 七短數(shù)碼顯示管的引腳圖</p><p>　　3.3 0.1秒脈沖的設(shè)計</p><p><

29、;b>　　脈沖信號發(fā)生部分</b></p><p>　　脈沖的產(chǎn)生由555定時器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所示。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，電路需要產(chǎn)生間隔為0.1秒的時間脈沖，完成正確的計數(shù)功能。所以選擇NE555定時器來設(shè)計此電路。從而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖。</p><p>　　用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供脈沖，如

30、圖3-5 所示。</p><p>　　公式：Tw1=0.7 (R2 +R5) C1 Tw2=0.7R2 C1</p><p>　　振蕩周期計算公式：T=0.7 (R2 +2R5) C1≈0.1s</p><p><b>　　圖 3-5</b></p><p>　　3.4 報警電路的設(shè)計</p><p

31、>　　根據(jù)設(shè)計要求，要產(chǎn)生光電報警，我們采用5個或門組成一個選擇電路，一個發(fā)光二極管產(chǎn)生光亮，一個蜂鳴器發(fā)出報警。如圖3-6所示</p><p><b>　　圖 3-6</b></p><p>　　3.5 整機(jī)工作原理</p><p><b>　　電路總圖</b></p><p>　　籃球競賽

32、24秒計時器主要是由0.1秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報警電路組成?？刂齐娐分苯涌刂朴嫈?shù)器啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。由附錄1可見圖中有SW1和SW2兩個開關(guān)，SW1為置數(shù)，SW2為暫停。SW1閉合，74LS192被置數(shù)，顯示電路出現(xiàn)數(shù)字24。完成置數(shù)后斷開SW1，啟動計時。若此時秒脈沖電路的SW2為斷開，則產(chǎn)生連續(xù)秒脈信號輸入到計數(shù)器，數(shù)碼管上的數(shù)字就會自動減1，閉合SW2，秒脈沖暫停，計數(shù)遞

33、減暫停，斷開SW2又恢復(fù)計數(shù)遞減，這就實(shí)現(xiàn)了暫停/連續(xù)功能。在計數(shù)遞減的同時，74LS192的8個輸出端也隨之產(chǎn)生高低電平變化來控制報警電路5個或門的高低電平的變化。由附錄1可見，5個或門的排列必須當(dāng)74LS192的8個輸出全為低電平時，換而言之，就是計數(shù)到零時，或門最后一個輸出的才是低電平，從而觸發(fā)發(fā)光二極管和蜂鳴器，產(chǎn)生亮光和警報聲，達(dá)到了光電報警的。</p><p><b>　　第4章 電路仿真&

34、lt;/b></p><p>　　本次設(shè)計采用的是protues軟件仿真，仿真結(jié)果如下</p><p>　　1.計時預(yù)備階段如圖4-1</p><p>　　2.計時階段如圖4-2</p><p><b>　　4.電路報警如圖</b></p><p>　　計數(shù)到零時高位和低位74LS192的八

35、個輸出端為低電平，傳輸?shù)交蜷T組成的選擇電路。因?yàn)槿繛榈碗娖剿曰蜷T的最后輸出為低電平，于是LED燈、產(chǎn)生光電報警信號。</p><p><b>　　5.故障分析</b></p><p>　　安裝完后，通電運(yùn)行，檢測出非時鐘脈沖信號，檢線后發(fā)現(xiàn)脈沖部分有一處錯線，糾正后電路正常運(yùn)行，能實(shí)現(xiàn)要求功能。</p><p><b>　　心得體

36、會：</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計，加強(qiáng)了我們動手、思考和解決問題的能力。在本次的課程設(shè)計中通過自己選題，找材料，分析|、設(shè)計等，也掌握一些軟件的操作方法，這為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊。在整個設(shè)計過程中，我們通過這個方案包括設(shè)計了一套數(shù)字電路原理和芯片上的選擇。</p><p>　　在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上

37、電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時間用去很多。</p><p>　　我認(rèn)識到做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個芯片的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多芯片的功能，并且對于其在數(shù)字電路中的使用有了更多的認(rèn)識。</p><p>　　平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就

38、迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實(shí)踐讓我們對各個元件及芯片印象深刻。認(rèn)識來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個課程設(shè)計對我們的作用是非常大的。</p><p>　　經(jīng)過一個星期的實(shí)習(xí)，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無不令我回味無長

39、。</p><p>　　我認(rèn)為我們的工作是一個團(tuán)隊的工作，團(tuán)隊需要個人，個人也離不開團(tuán)隊，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。實(shí)習(xí)中只有一個人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實(shí)習(xí)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次實(shí)習(xí)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。</p><p>　　此次課程設(shè)計，學(xué)到

40、了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后的制作應(yīng)該更輕松，自己也都能扛的起并高質(zhì)量的完成項(xiàng)目。</p><p>　　對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！</p><p><b>　　成品附錄圖：</b><

41、;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1.康華光主編《電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）》 高等教育出版社2006</p><p>　　2.朱清慧、張鳳蕊主編《Proteus教程》 清華大學(xué)出版社 2008 </p><p>　　3.21IC中國電子網(wǎng) </p>&