象棋競賽計時器設(shè)計---數(shù)電課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　總電路設(shè)計思路和總體框架.......................................2</p><p>　　總設(shè)計思路..............................................................2</p><p

2、>　　總體框架圖..............................................................3</p><p>　　模塊設(shè)計思路、電路圖及其仿真圖............................4</p><p>　　譯碼驅(qū)動電路、顯示電路模塊.....................................4</

3、p><p>　　計時電路模塊...........................................................5</p><p>　　2小時計時電路模塊............................................5</p><p>　　30秒倒計時電路模塊..........................

4、.................7</p><p>　　控制電路模塊...........................................................8</p><p>　　控制電路的設(shè)計思路........................................... 8</p><p>　　控制電路電路圖......

5、...........................................9</p><p>　　秒信號發(fā)生電路模塊..................................................9</p><p>　　秒信號發(fā)生電路模塊設(shè)計思路.................................9</p><p>　　

6、秒信號發(fā)生電路圖.............................................10</p><p>　　總電路圖及仿真圖....................................................11</p><p>　　總電路圖.....................................................

7、...........11</p><p>　　仿真圖...................................................................12</p><p>　　總電路圖的安裝與調(diào)試步驟......................................14</p><p>　　故障檢查和分析以及解決方案.

8、..................................16</p><p>　　設(shè)計總結(jié)和心得........................................................17</p><p>　　附錄.......................................................................

9、...18</p><p>　　1．總電路設(shè)計思路和總體框架</p><p>　　1.1 總設(shè)計思路</p><p>　　象棋競賽計時器采用7個數(shù)碼顯示器分別顯示2小時順計時和30秒倒計時，由于順計時與倒計時同時存在，故考慮用74LS192（十進制加/減計數(shù)器）來實現(xiàn)兩個計數(shù)模塊的計數(shù)功能。</p><p>　　2小時計數(shù)模塊電路中包括兩個

10、十進制（秒鐘的個位與十位、分鐘的個位與十位）與兩個六進制（秒鐘十位與分鐘個位、分鐘十位與時鐘個位）兩個基本進制。設(shè)計十進制時，可利用74LS192本身所具有的進位信號來對上位進行信號輸入；設(shè)計六進制的時候需要捕捉信號，這里采用74LS20（二—四輸入與非門）和74LS04（六輸入反向器）同時完成下位信號捕捉與對上位信號輸功能。利用5片74LS192構(gòu)成十進制與六進制，再構(gòu)造兩個六十進制，最后兩個六十進制構(gòu)成三千六百進制功能的2小時計時模

11、塊電路。30秒倒計時模塊電路與2小時順計時模塊電路設(shè)計思路類似。</p><p>　　設(shè)計要求在2小時順計時完后報警，并啟動30秒倒計時。這里首先捕捉2小時順計時完的特征輸出信號作為30秒倒計時電路啟動的大前提。由于要實現(xiàn)甲30秒用時完后，能自動停下，并可以通過開關(guān)切換到乙，這里利用兩個74LS32（四—二輸入或門）來捕捉30秒倒計時用完信號，再通過74LS112（二—JK觸發(fā)器）和開關(guān)一同構(gòu)成控制電路，實現(xiàn)甲乙

12、用時切換功能。利用開關(guān)將各芯片清零端相串接至高電平，低電平有效的另接至74LS04（六輸入反向器），實現(xiàn)清零功能。利用零界時刻的特征信號產(chǎn)生報警器信號，實現(xiàn)2小時用時以及30秒倒計時報警功能。</p><p>　　最后利用555芯片構(gòu)造振蕩器產(chǎn)生秒信號，為整個電路提供方波信號。將各功能相互有機聯(lián)結(jié)起來，實現(xiàn)象棋競賽計時器整體的全部功能。</p><p>　　在實現(xiàn)棋競賽計時器整體功能的同時

13、，這個象棋競賽計時器設(shè)計里，還另增加了暫停功能、棋手下棋狀態(tài)顯示功能等。</p><p>　　1.2 總體框架圖</p><p><b>　　圖1-1總體框架圖</b></p><p>　　2．模塊設(shè)計思路、電路圖及其仿真圖</p><p>　　2.1 譯碼驅(qū)動電路、顯示電路模塊</p><p&g

14、t;　　2.1.1 譯碼驅(qū)動電路、顯示電路模塊設(shè)計思路</p><p>　　采用74LS48（BCD—七段顯示譯碼器）作為七段晶體管的顯示驅(qū)動器，輸入端A、B、C、D是以二進制碼為輸入信號。輸出端QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG分別接七段顯示器的a、b、c、d、e、f、g端進行信號輸入，可以顯示0到9十位數(shù)字。在用74LS48時應(yīng)注意將BI＇/RBO＇（滅燈輸入/滅燈輸出）端、LT＇（燈測試輸入）端、R

15、BI＇（滅零輸入）端、VCC（電源）端都接高電平。GND（接地）端接地。</p><p>　　2.1.2 譯碼驅(qū)動電路、顯示電路模塊電路圖</p><p><b>　　接輸入信號源</b></p><p>　　圖2-1 譯碼驅(qū)動電路、顯示電路模塊電路圖</p><p>　　2.2 計時電路模塊</p>

16、<p>　　2.2.1 2小時計時電路模塊</p><p>　　2.2.1.1 2小時計時電路模塊設(shè)計思路</p><p>　　2小時計時電路要求有0:00:00開始計時，到2:00:00停止，并報警。</p><p>　　2小時計時電路其實就是360進制，其中包括兩個60進制。利用74LS192（十進制加/減法計數(shù)器）芯片構(gòu)造60進制。用兩片74L

17、S192芯片構(gòu)成秒計時，秒計時的各位是十進制，當該芯片計數(shù)由0到9時進位輸出端CO＇輸出“0”信號，將“0”信號接至秒計時十位的UP端作為脈沖信號驅(qū)動秒計時的十位。秒計時的十位由0到5做六個狀態(tài)的循環(huán)，需要在芯片計數(shù)到5后再經(jīng)過一個CP輸入跳回0，這樣就需要捕捉到計數(shù)6的信號。這里我用了74LS04（反相器）和74LS20（四與非門）一同實現(xiàn)信號捕捉。將QA、QD接到反相器輸入端，然后將輸出端以及QB、QC接至與非門，與非門的輸出端接秒

18、計數(shù)十位的LODA＇（置數(shù)端）完成了到6時馬上置數(shù)位0的歸位功能。同時將非門的輸出端接分鐘計時的個位計數(shù)芯片的UP。這樣就同時實現(xiàn)了地位60循環(huán)以及秒對分鐘的進位輸出。依照以上所述方法用其他2片 74LS192一同構(gòu)成60進制，實現(xiàn)2小時計時電路的分鐘計時，最后再用1片74LS192實現(xiàn)小時計時。這樣就完成了2小時計時電路模塊。</p><p>　　在2小時計時完后要鎖住時間并發(fā)出警報。鎖住時間有3鐘方法:第一，

19、將數(shù)置為1并保持一直置數(shù)；第二，將脈沖信號斷掉；第三，清零端一直保持為清零狀態(tài)。3種方法里，根據(jù)實際條件選取第三種，將清零端串聯(lián)接至74LS32（四—二輸入或門）在與時總清零端或聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)鎖住時間功能。報警信號源接時鐘計時位的QB輸出端，這樣就實現(xiàn)了報警功能。</p><p>　　但值得注意的是要對74LS192的其他管腳進行合理聯(lián)結(jié)。DOWN（減計數(shù)信號端）以及VCC（電源端）需接高電平，CLR（清零）串聯(lián)接高

20、電平，空出的LODA＇以及GND（接地端）接地。置數(shù)輸入端接低電平。</p><p>　　2.2.1.2 2小時計時電路模塊電路圖</p><p>　　圖2-2 2小時計時電路模塊電路圖</p><p>　　2.2.1.3 2小時計時電路模塊仿真圖</p><p>　　圖2-3 2小時計時電路模塊仿真圖</p><p&

21、gt;　　30秒倒計時電路模塊</p><p>　　2.2.2.1 30秒倒計時電路模塊設(shè)計思路</p><p>　　由于74LS192具有減法計數(shù)功能，故采用74LS192來構(gòu)建30秒減法計數(shù)。設(shè)計要求甲、乙選手各可以用時30秒，在甲用時完后，自動切換到乙，并報警。也就是說一個30計時完后要置數(shù)30，在開始計時。</p><p>　　30秒倒計時的各位用1片74L

22、S192實現(xiàn)，與2小時秒計時個位類似，但是要注意CP輸入端該為DOWN（減計數(shù)信號端）端，而UP（加計數(shù)信號端）端接至高電平。BO＇（借位信號輸出）端與十位的DOWN相連，作為十位的脈沖信號。十位置數(shù)輸入端A、B接高電平，C、D接低電平，為置數(shù)做準備。這里需要捕捉到零的信號用以置數(shù)。采用74LS32（四—二輸入或門）實現(xiàn)信號捕捉以及輸出，QA、QB、QC、QD分別或連接，當且僅當秒計時的各位和十位都為0時才會輸出信號“0”，聯(lián)結(jié)秒計時十

23、位LODA＇（置數(shù)）端，讓芯片端置數(shù)。并將輸出端送給報警信號，產(chǎn)生報警。</p><p>　　這樣已經(jīng)實現(xiàn)了30秒倒計時模塊的功能，但是要注意懸空端口應(yīng)該類似2小時計時里面芯片，適當聯(lián)結(jié)。</p><p>　　2.2.2.2 30秒倒計時電路模塊電路圖</p><p>　　圖2-4 30秒倒計時電路模塊電路圖</p><p>　　2.2.

24、2.3 30秒倒計時電路模塊仿真圖</p><p>　　圖2-5 30秒倒計時電路模塊仿真圖</p><p><b>　　控制電路模塊</b></p><p><b>　　控制電路的設(shè)計思路</b></p><p>　　由于設(shè)計要求是2小時計時完后，才開始30秒倒計時。又更具具體實際加入在30秒

25、倒計時的時候，甲、乙雙方可以分別用時30，也可以不用30秒即可切換選手等功能。并且要顯示每時刻是哪位選手下棋的狀態(tài)。要實現(xiàn)2小時計時完時刻報警，以及30秒用時完時刻報警，以及整體清零功能。為了便于外部開關(guān)對整個電路的控制，設(shè)計了控制電路，與外部開關(guān)相連。</p><p>　　這里利用了74LS112（二—JK觸發(fā)器）和一個開關(guān)對狀態(tài)顯示進行信號輸出和轉(zhuǎn)換控制。將清零端相串聯(lián)，用一開關(guān)一段接高電平，一段接地，進行清

26、零控制。</p><p><b>　　控制電路電路圖</b></p><p>　　接時鐘輸出信號 接分鐘十為輸出 接秒鐘十位輸出 狀態(tài)顯示、接報警器</p><p>　　紅線都接高電平，藍線都接低電平</p><p>　　圖2-5 控制電路電路圖</p><p>

27、;<b>　　秒信號發(fā)生電路模塊</b></p><p>　　2.4.1 秒信號發(fā)生電路模塊設(shè)計思路</p><p>　　多諧振蕩器電路。電源接通后，Vcc通過電阻R1、R2向電容C充電。電容的電壓按指數(shù)規(guī)律變化上升，當u1上升到2/3Vcc時，因uc與閾值輸入端6相連，有uc=u6，使比較器C1輸出翻轉(zhuǎn)，輸出電壓uo=0，放電管導通，電容C通過R2放電；當電容上電

28、壓uc下降到1/3Vcc時，比較器C2工作，輸出電壓uo變?yōu)楦唠娖剑珻放電終止，Vcc通過電阻R1、R2又開始充電。周而復始，形成震蕩。</p><p><b>　　其振蕩周期T：</b></p><p>　　T≈0.7（R1+2R2）C</p><p><b>　　震蕩頻率：</b></p><p&g

29、t;<b>　　f≈</b></p><p>　　根據(jù)計算得出R1=0.3KΩ，R2=7KΩ，C=100uF。</p><p>　　2.4.2秒信號發(fā)生電路圖</p><p>　　圖2-6 秒信號發(fā)生電路圖</p><p>　　3．總電路圖及仿真圖</p><p><b>　　3.1

30、 總電路圖</b></p><p><b>　　3-1 總電路圖</b></p><p>　　總電路圖將譯碼驅(qū)動電路、顯示電路模塊、2小時計時電路模塊、30秒倒計時電路模塊、控制電路模塊、外部操作開關(guān)、報警器有機聯(lián)結(jié)起來，實現(xiàn)課程設(shè)計要求功能外，還更具實際比賽情況適當加入暫停功能、不到30秒，切換選手功能、下棋選手顯示功能等，以完善象棋競賽計時器的實用性。

31、</p><p><b>　　仿真圖</b></p><p>　　圖3-2 2小時計時進行</p><p>　　圖3-3 30秒計時進行</p><p>　　圖3-4 30秒未完切換選手</p><p>　　圖3-5 30秒用時完報警</p><p>　　4．總電路

32、圖的安裝與調(diào)試步驟</p><p>　　步驟一：檢查仿真圖是否完全打到設(shè)計要求；</p><p>　　步驟二：對仿真圖進行進一步改造，把單個的邏輯門都用相應(yīng)芯片想接連。將試圖重疊的線擺正。將高電平歸總，接地端歸總為一個電源和接地端（最好用紅線表示接高電平，藍線表示接地以方便接線）；</p><p>　　步驟三：聯(lián)接2小時模塊電路，注意各接線端對應(yīng)實際芯片管腳。特別注

33、意懸空管腳本應(yīng)該對應(yīng)的電平。聯(lián)接好后給以脈沖信號，對模塊進行調(diào)試，使其能正常運行；</p><p>　　步驟四：聯(lián)接30秒倒計時電路，注意各接線端對應(yīng)實際芯片管腳。特別注意懸空管腳本應(yīng)該對應(yīng)的電平。聯(lián)接好后給以脈沖信號，對模塊進行調(diào)試，使其能正常運行；</p><p>　　步驟五：將2小時計時電路與30秒倒計時電路相連。實現(xiàn)兩者的制約關(guān)系。接好后給以脈沖信號，對兩模塊進行調(diào)試，使其能正常運

34、行；</p><p>　　步驟六：聯(lián)接控制電路，實現(xiàn)清零、暫停、啟動、切換選手、狀態(tài)顯示、報警等功能；</p><p>　　步驟七：整體運行，檢查是否能如仿真實現(xiàn)各項功能，對不能實現(xiàn)的功能加以修正，對沒實現(xiàn)的更能加以補充。</p><p><b>　　接線圖：</b></p><p>　　圖4-1 兩小時計時</

35、p><p>　　圖4-2 兩小時計時 圖4-3 兩小時計時完鎖定</p><p>　　圖4-4 30秒倒計時 圖4-5 清零</p><p>　　5．故障檢查和分析以及解決方案</p><p>　　故障一：2小時計時的顯示器亮燈，但是接了脈沖信號后不跳的。</p&g

36、t;<p>　　分析：以上故障說明74LS192芯片已經(jīng)給了74LS48信號，74LS192芯片接地管腳和電源管腳沒問題。74LS192芯片要正常計數(shù)條件類似74LS161芯片：1、置數(shù)端接高電平；2、清零端接低電平；3、給它脈沖信號。但是經(jīng)資料查詢發(fā)現(xiàn)74LS192芯片正常工作還需要另外的條件：當用加法計數(shù)時DOWN管腳需接高電平；當用減法計數(shù)時UP管腳接高電平。</p><p>　　解決方案：將

37、DOWN管腳需接高電平。</p><p>　　故障二：2小時計時接好后，發(fā)現(xiàn)只有秒計時的第一次循環(huán)正常，其他會出現(xiàn)亂碼。</p><p>　　分析：由于在EWB仿真軟件里的電路圖中芯片的懸空是默認為低電平，而在實際電路中如果管腳懸空，會隨機產(chǎn)生信號，第一次循環(huán)是啟動電路開始，在一次循環(huán)后置數(shù)端得到信號，但是置數(shù)輸入端除接高電平管腳外，其他都懸空，出現(xiàn)隨機置數(shù)現(xiàn)象，導致亂碼。</p&g

38、t;<p>　　解決方案：將所有懸空的默認管腳都接到低電平。</p><p>　　故障三：整個電路接好線后，發(fā)現(xiàn)某些功能不能正常運行，或者時而可以時而不可以，或者需要用手碰著某處才可以運行。</p><p>　　分析：這是明顯的接觸不良的癥狀，用手輕輕壓實現(xiàn)該功能的芯片，看是否有松動。用鑷子碰實現(xiàn)該功能的芯片、開關(guān)，看是否能恢復正常。</p><p>

39、　　解決方案：找出接觸不良點，對其進行加固，或者替換。</p><p>　　故障四：30秒倒計時不能正常切換。</p><p>　　分析：在單個30秒倒計時模塊的設(shè)計里面不包括切換選手功能，切換選手功能是在控制電路里面實現(xiàn)的。主要實現(xiàn)芯片是74LS112和74LS08。</p><p>　　解決方案：對切換功能進行信號跟蹤，將一個發(fā)光二極管用線連接，用鑷子夾住未連端

40、，點觸信號傳輸路徑，檢驗是否符合理論電平值，查處問題所在處，進行改正。</p><p><b>　　6．設(shè)計總結(jié)和心得</b></p><p>　　“細節(jié)決定成敗”。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計就是這樣的一種注重細節(jié)的的課程設(shè)計。就像是一艘船，只有每個螺釘都穩(wěn)固了才能劈浪遠航。</p><p>　　這個設(shè)計，我經(jīng)歷了從一無所知無所適從，到有點眉目去無從

41、下手，到開始動手錯誤百出，到開始專研萬千疑惑山窮水盡，再到尋尋覓覓為求一點明悟，最后無數(shù)柳暗花明匯集成一片空明，原來也不過如此罷了。</p><p>　　我是很喜歡數(shù)電這門功課的，以前學的也不錯。在做課程設(shè)計的時候是摩拳擦掌想大干一場，但是從分到課題開始就一直眉頭緊縮，我所適從。晃蕩到圖書館借相關(guān)書籍，但是卻早已被人捷足先登，留給我的只有更多疑惑和黯然神傷?；氐剿奚?，便開始上網(wǎng)查資料，翻閱以前學過的資料，貌似找到

42、了怎么下手，卻不知道從何處下手，最后發(fā)現(xiàn)自己對EWB仿真軟件都不很熟悉，任務(wù)又那么重，一時都有放棄的想法。但是xx老師不會讓我放棄的，或者說陳老師不會給我放棄的理由的，而我自己也沒找到足夠讓自己放棄的理由。所以硬著頭皮繼續(xù)下去。搞了整整一個下午，盡管錯誤百出，卻也勉強能用好EWB仿真軟件了。接下來據(jù)著手設(shè)計整體框架。</p><p>　　在自己以往學過的記憶里找尋有關(guān)東西，發(fā)現(xiàn)原來可以這樣用這個芯片業(yè)可也那樣用這

43、個相同的芯片，再在EWB里去實踐一下，很快幾大模塊就定好了。但是讓我郁悶的是在老師提供的清單里美有我設(shè)計所需要的芯片，而提供的芯片我壓根沒學過。一下頭都大了。這下開始在網(wǎng)上不斷搜索資料，學習新的芯片怎么用，然后到EWB里面去實踐一下，這樣一次一次疑惑，一次一次解惑，最后發(fā)現(xiàn)自己學會了很多以前沒見過的芯片的運用，而且可以默出管腳圖。</p><p>　　經(jīng)過三天的費盡心力，“不擇手段”，終于弄出了整個電路圖。感慨也

44、罷，幸福也罷，我卻只是淡然回顧以往，繼續(xù)接下來的征途。</p><p>　　接線差點讓我崩潰了。我和我的搭檔總共接了11次線，從開始只能裝了不行再拆，到裝好不行碰運氣亂動，到裝好不行試著找模塊，，找問題，到最后完全掌握怎么去檢查故障，分析故障，排除故障。一步一步走過來，一步一步摸索，從滿懷希望，到有點失望，到不斷失望，到徹底絕望，再從絕望中看到曙光，最后柳暗花明。就像是鳳凰涅槃一樣。</p><

45、;p>　　我們也有過想放棄，但是要成功的信念一直支撐我們不斷努力，不斷探索，不斷總結(jié)。把握好每一個細節(jié)，接好每一根線，檢查好每一個芯片的好壞，是整個電路能否實現(xiàn)它功能的關(guān)鍵，也是一個人能否實現(xiàn)自我價值的關(guān)鍵。認認真真，仔仔細細做好每一件你應(yīng)該做的事，你就會有意外的驚喜。</p><p>　　在失敗時不要煩躁，一顆平常的心去對待困難才能左右困難，解決問題，不然就只能被困難左右。每次我們接線失敗后我們總是讓搭檔

46、去拆掉重接，而自己就流出時間總結(jié)、反省，找出問題所在，已避免問題再次出現(xiàn)。</p><p>　　可以這樣說，如果我們一開始就已做后的心態(tài)與方法去接電路，就算沒有經(jīng)驗，但是我們一次成功，可是事實卻不是如此。所以做什么事情都是要擺正好心態(tài)，用對方法才能高效完成。</p><p>　　從這次設(shè)計，我也看到了自身的一些亟待解決的問題，就快要踏入這個社會，我們從是的崗位很有可能就是這樣的研發(fā)課題，對

47、個人的能力要求較高，需要各方面素質(zhì)動很好。這次課程設(shè)計，給了自己一個平臺，也給了一次鍛煉機會，確實受益頗多。但還是需要自己主動尋求這樣的機會，來鍛煉自己，以實現(xiàn)自我價值。</p><p>　　我們是累了兩周，知道我們的老師們也累了兩周，在這里感謝我們的指導老師，謝謝他們對我們一周的耐心指導。謝謝！特別感謝帶我們設(shè)計的陳老師，在萬忙中抽空給我們細心的指導。謝謝！</p><p><b&

48、gt;　　7．附錄</b></p><p>　　7.1.1 74LS192管腳</p><p>　　圖7-1 74LS192管腳</p><p>　　7.1.2 74LS192真值表</p><p>　　7.2.1 74LS112管腳</p><p>　　圖7-2 74LS112管腳</p&g

49、t;<p>　　7.2.2 74LS112真值表</p><p><b>　　74LS04管腳</b></p><p>　　圖7-3 74LS04管腳</p><p><b>　　74LS04真值表</b></p><p><b>　　74LS08管腳</b>&

50、lt;/p><p>　　圖7-4 74LS08管腳</p><p><b>　　74LS08真值表</b></p><p><b>　　74LS20管腳</b></p><p>　　圖7-5 74LS20管腳</p><p><b>　　74LS20真值表</b&

51、gt;</p><p><b>　　74LS32管腳</b></p><p>　　圖7-6 74LS32管腳</p><p><b>　　74LS32真值表</b></p><p><b>　　74LS48管腳</b></p><p>　　圖7-7 7