數(shù)字電路課程設(shè)計---籃球競賽24秒計時器設(shè)計

1、<p>　　《數(shù)字電路》課程設(shè)計報告</p><p>　　題目：籃球競賽24秒計時器設(shè)計</p><p>　　專 業(yè) 　　通信工程 </p><p>　　姓 名 　 </p><p>　　班 級 10通信本（1）班 </p><p>　　學(xué) 號

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　時 間 2012.05—2012.06 </p><p>　　教師評分 </p><p><b>　　1 計數(shù)器概述</b></p><p>

3、　　1.1籃球競賽24秒計時器功能</p><p>　　數(shù)字電子技術(shù)在社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，在生活中有著各種各樣的應(yīng)用。因此課程設(shè)計是數(shù)字電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，它將學(xué)生的理論知識和實踐能力統(tǒng)一起來，為以后的工作做好準(zhǔn)備。</p><p>　　在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過24秒，否則就犯規(guī)了。本課程設(shè)計的“籃球競賽24秒計時器”可用于籃球比賽中，用于對球

4、員持球時間24秒限制。一旦球員的持球時間超過了24秒，它就自動報警從而判定此球員的犯規(guī)。</p><p>　　本課程設(shè)計是脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用，設(shè)計了籃球競賽24秒計時器。此計時器功能齊全，有顯示24秒倒計時的功能，同時系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動、暫停、連續(xù)功能。而在直接清零時，數(shù)碼管顯示器滅燈，計時器為24秒遞減計時其計時間間隔為1秒，計時器遞減計時到零時，數(shù)碼管顯示器不滅燈，同時發(fā)出光

5、電報警信號。</p><p>　　1.2設(shè)計任務(wù)及要求</p><p>　　1.2.1 基本要求</p><p>　?。?）顯示24秒計時功能。</p><p>　　（2）設(shè)置外部操作開關(guān)控制計時器直接清零、啟動、暫停/連續(xù)功能。</p><p>　?。?）在直接清零時，要求數(shù)碼顯示器滅燈。</p>&l

6、t;p>　?。?）計時器為24秒遞減計時器，其計時間隔為1秒。</p><p>　　（5）遞減計時到零時，顯示器不能滅燈，同時發(fā)出光電報警信號。</p><p>　?。?）秒脈沖由555多諧振蕩器給出。</p><p>　　1.2.2設(shè)計任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　?。?）根據(jù)原理圖分析各單元電路的功能；</p><

7、;p>　?。?）熟悉電路中所用到的各集成塊的管腳及其功能；</p><p>　?。?）進行電路的裝接、調(diào)試、直到電路能達到規(guī)定的設(shè)計要求；</p><p>　?。?）寫出完整、詳細的課程設(shè)計報告</p><p>　　1.2.3 主要參考器件</p><p>　　555 晶體定時器 </p>

8、<p>　　74 LS74雙D觸發(fā)器 </p><p><b>　　74LS47譯碼器</b></p><p>　　74192雙時鐘十進制計數(shù)器</p><p>　　2 電路設(shè)計原理與單元模塊</p><p><b>　　2.1設(shè)計原理</b><

9、/p><p>　　24秒計時器的總體參考方案框圖如圖2.1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24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、定時時間到啟動報警等功能。</p><p>　　圖2.1 24秒計時器系統(tǒng)設(shè)計框圖</p&g

10、t;<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(biāo)準(zhǔn)，但是設(shè)計對此信號要求并不太高，故電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩其構(gòu)成。</p><p>　　譯碼顯示電路由74LS47(譯碼器)和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在試驗中可用發(fā)光二極管與蜂鳴器代替。</p><p><b>　　2.2 設(shè)計方案</b></

11、p><p>　　分析設(shè)計任務(wù)，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成24s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(shè)計要求，在設(shè)計控制電路時，應(yīng)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(dāng)啟動開關(guān)閉合時，控制電路應(yīng)封鎖時鐘信號CP，同時計數(shù)器完成置數(shù)功能

12、，譯碼顯示電路顯示“24”字樣；當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；當(dāng)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(dāng)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>　　2.3 各單元電路的設(shè)計</p><p>　　2.3.1 24進制計數(shù)器的設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計中計數(shù)器是由兩片74192的8421BCD碼遞減計數(shù)器構(gòu)成。如

13、圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 74192雙時鐘十進制計數(shù)器</p><p>　　74192是十進制同步加/減法計數(shù)器，采用8421BCD碼編碼，具有直接清零、異步制數(shù)的功能，且有進位和借位輸出端。當(dāng)需要進行多級擴展連接時，只要將前級的端接到下一級的CP+端，端接到下一級的CP-端即可。詳見下面的功能表。</p><p>　　表2.3 74192的

14、功能表</p><p>　　由功能表可以看出，當(dāng)=1，CR=0，CPD=1時，如果時鐘脈沖加到CPU端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進行加法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到9（1001）時，端輸出進位下降沿跳變脈沖；當(dāng)=1，CR=0，CPD=1時，如果有時鐘脈沖加到CPD端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進行減法計數(shù)器。只有當(dāng)?shù)臀?端發(fā)出借位脈沖，高位計數(shù)器才做減計數(shù)。當(dāng)高，低位計數(shù)器全為零時，且CPD為0時，置數(shù)端 2，計數(shù)器完成并行置數(shù)

15、，在CPD端的輸入時鐘脈沖作用下，計數(shù)器進入下一輪循環(huán)減計數(shù)。 </p><p>　　2.3.2數(shù)碼顯示譯碼器的設(shè)計</p><p>　　在本設(shè)計中，根據(jù)設(shè)計的要求，我使用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)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中，下面我就給大家介紹一下這個元件的一些參數(shù)與應(yīng)用技術(shù)等資料。74LS47的引腳圖和功能

16、表分別如圖2.4和表2.5所示。 </p><p>　　圖2.4 74ls47引腳圖</p><p>　　表2.5 74LS47的功能表</p><p>　　七段譯碼顯示原理圖如圖2.4(a)所示，圖2.4(b)給出了七段顯示筆畫與0～15共16

17、個數(shù)字的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　圖2.6 七段數(shù)碼顯示管的引腳圖</p><p>　　2.3.3秒脈沖的設(shè)計</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，本電路需要產(chǎn)生間隔為一秒的時間脈沖，完成正確的計數(shù)功能。所以選擇555定時器來設(shè)計此模塊。從而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖。</p><p><b>　　1．器件特性</b><

18、/p><p>　　555定時器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、定時電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　集成555定時器有雙極性型和CMOS型兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號的

19、最后三位數(shù)都是555，CMOS型產(chǎn)品型號的最后四位數(shù)都是7555.它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。器件電源電壓推薦為4．5～12V，最大輸出電流200mA以內(nèi)，并能與TTL、CMOS邏輯電平相兼容。</p><p><b>　　引腳功能：</b></p><p>　　Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。</p>&l

20、t;p>　　Vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為。</p><p>　　VCO：控制電壓端。</p><p><b>　　VO：輸出端。</b></p><p><b>　　Dis：放電端。</b></p><p><b>　?。簭?fù)位端。</b></p&g

21、t;<p>　　555定時器內(nèi)含一個由三個阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個基準(zhǔn)電壓；兩個電壓比較器C1、C2；一個由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。</p><p>　　是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。</p><p>　　分析圖2

22、.2.3.1的電路：在555定時器的VCC端和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，則比較器C1的同相輸入端接參考電壓VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓VCC ，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：</p><p>　　當(dāng)TH端的電壓>VCC時，寫為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓<VCC時，寫為VTH=0。</p><p>　　當(dāng)端的電壓>VCC時，寫為VTR=1，當(dāng)端的電壓<VCC

23、時，寫為VTR=0。</p><p>　　低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2<VCC 且Vi1<VCC時，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器的輸入端=0、=1，使Q＝1，＝0，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO＝1，T截止。這時稱555定時器“低觸發(fā)”；</p><p>　　保持：若Vi2>VCC 且Vi1<VCC，則VTR=1，VTH=0

24、，==1，基本RS觸發(fā)器保持，VO和T狀態(tài)不變，這時稱555定時器“保持”。</p><p>　　高觸發(fā)：若Vi1>VCC，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器因=0，使＝1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO＝0；T導(dǎo)通。這時稱555定時器“高觸發(fā)”。</p><p>　　VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。正常工

25、作時，要在VCO和地之間接0．01μF（電容量標(biāo)記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。根據(jù)555定時器的控制功能，可以制成各種不同的脈沖信號產(chǎn)生與處理電路電路，例如,史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器等。在此次設(shè)計中，采用多諧振蕩器來設(shè)計。</p><p><b>　　2．自激多諧振蕩器</b></p><p>　　圖2.7所示為自激多諧

26、振蕩器電路和波形圖。自激多諧振蕩器用于產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號。電路采用電阻、電容組成RC定時電路，用于設(shè)定脈沖的周期和寬度。調(diào)節(jié)RW或電容C，可得到不同的時間常數(shù)；還可產(chǎn)生周期和脈寬可變的方波輸出。</p><p>　　脈沖寬度計算公式：Tw1=0.7 (R1 +R2) C Tw2=0.7R2 C</p><p>　　振蕩周期計算公式：T=0.7 (R1 +2R2) C≈1s</p&g

27、t;<p>　　圖2.7 自激多諧振蕩器電路和波形圖</p><p>　　分析方法與單穩(wěn)態(tài)電路相似，但電容器C的充電電阻是R1 +R2 ，放電電阻是R2 。當(dāng)VC是低電平時，555定時器低觸發(fā)，VO為高電平，放電管T截止，電容器經(jīng)（R1 +R2）充電，當(dāng)充電至VC=VTH>VCC時，電路高觸發(fā)，輸出VO變?yōu)榈碗娖剑烹姽躎導(dǎo)通，電容器經(jīng)R2放電，當(dāng)放電至VC=VTR<VCC時，電路又進入

28、低觸發(fā)，VO變?yōu)楦唠娖?，如此周而?fù)始，循環(huán)不止，輸出連續(xù)脈沖信號。</p><p>　　2.3.4時序控制電路</p><p>　　完成計數(shù)器的復(fù)位、啟動計數(shù)、暫停/ 繼續(xù)計數(shù)、聲光報警等功能?？刂齐娐酚蒊C5 組成。IC5B 受計數(shù)器的控制。IC5C、IC5D 組成RS 觸發(fā)器, 實現(xiàn)計數(shù)器的復(fù)位、計數(shù)和保持“24”、以及聲、光報警的功能。操作“清零”開關(guān)時，計數(shù)器清零。閉合“啟動”開關(guān)

29、時，計數(shù)器完成置數(shù)，顯示器顯示24斷開“啟動”開關(guān)，計數(shù)器開始進行遞計數(shù)。電路圖中，當(dāng)開關(guān)S1合上時， =0，74LS192進行置數(shù)；當(dāng)S1斷開時， =1，74LS192處于計數(shù)工作狀態(tài)。開關(guān)S2是時鐘脈沖信號CP的控制電路。當(dāng)定時時間未到時，74LS192的借位輸出信號 2=1，則CP信號受“暫停/連續(xù)”開關(guān)S2的控制，當(dāng)S2處于“暫?！蔽恢脮r，門G3輸出為0，門G2關(guān)閉，封鎖CP 信號，計數(shù)器暫停計數(shù)；當(dāng)S2處于連續(xù)位置時，門G3輸

30、出1，門G2打開，放行CP信號，計數(shù)器在CP作用下，繼續(xù)累計計數(shù)。當(dāng)定時時間到時， 2=0，門G2關(guān)閉，封鎖CP信號，計數(shù)器保持零狀態(tài)不變。</p><p>　　(1) K1: 啟動按鈕。K1 按下后處于斷開位置時, 計數(shù)器從“24”遞減計數(shù)到“00”同時控制電路發(fā)出聲、光報警信號, 計數(shù)器保持“00”狀態(tài)不變, 處于等待狀態(tài)。當(dāng)K1 再次閉合時, 計數(shù)器開始計數(shù)。</p><p>　　(

31、2) K2: 手動復(fù)位按鈕。當(dāng)按下K2 時, 不管計數(shù)器工作于什么狀態(tài), 計數(shù)器立即復(fù)位到預(yù)置數(shù)值, 即“00”。</p><p>　　(3) K3：消隱按鈕。按下K3時計數(shù)器斷電并消除所有計數(shù)。</p><p>　　(4) K4: 暫停按鈕。當(dāng)“暫停/ 連續(xù)”開關(guān)處于“暫停”時, 計數(shù)器暫停計數(shù), 顯示器保持不變, 當(dāng)此開關(guān)處于“連續(xù)”開關(guān), 計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。控制電路開關(guān)如圖所示：&

32、lt;/p><p>　　圖 2.8 控制電路開關(guān)圖</p><p>　　3 數(shù)字電路的仿真與調(diào)試</p><p>　　3.1 Protues仿真</p><p>　　首先在Protues中選好元器件，然后連好線，檢查線路是否存在錯誤，如無，則進入了調(diào)試的正式階段，啟動調(diào)試，觀察系統(tǒng)運行的狀況是否良好，然后觀察現(xiàn)系統(tǒng)的效果是否達到預(yù)期的要求，如

33、無，則停止仿真，分析電路中存在的缺陷與錯誤，改正后再次啟動調(diào)試，然后再次觀察仿真效果是否達到預(yù)期的效果，如此循環(huán)下去，直到得到滿意的仿真效果。到此調(diào)試仿真過程結(jié)束。以下是本設(shè)計的系統(tǒng)仿真結(jié)果圖：</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)仿真結(jié)果圖</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　此次電子線路課程設(shè)計讓我獲益匪淺，使

34、我嘗到了將所學(xué)的知識用于實踐的喜悅和成就感。</p><p>　　此課程設(shè)計所設(shè)計制作的籃球競賽24秒計時器是一個實用性設(shè)計。此次設(shè)計的成不僅為所學(xué)的專業(yè)課程打下了堅實的基礎(chǔ)，提高了我們對分析與解決問題的能力，也在研究與電子愛好追求上做了一個很好的起步。</p><p>　　在這個設(shè)計中，我學(xué)到了學(xué)習(xí)理論時學(xué)不到的東西，不但鍛煉我的動手能力而且鞏固我們所學(xué)的理論知識，這樣實踐與理論相結(jié)合就

35、可以更快而有效地掌握知識。</p><p>　　本次的設(shè)計使我從中學(xué)到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學(xué)到的知識運用到我以后的工作中去。在大學(xué)的課堂的學(xué)習(xí)只是在給我們灌輸專業(yè)知識，而我們應(yīng)把所學(xué)的用到我們現(xiàn)實的生活中去，此次的電子時鐘設(shè)計給我奠定了一個實踐基礎(chǔ)，我會在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己，使自己適應(yīng)于以后的競爭，同時在查找資料的過程中我也學(xué)到了許多新的知識，在和同學(xué)協(xié)作過程中增進