數(shù)字電路課程設(shè)計---籃球比賽30秒計時器設(shè)計

1、<p>　　學(xué) 號 </p><p><b>　　（校名）</b></p><p>　　數(shù)字電路與邏輯設(shè)計課程設(shè)計</p><p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p>　　起止日期： 2011 年 6 月 27 日 至 2011 年 7 月 1 日<

2、/p><p><b>　　電子與信息工程系</b></p><p>　　2011年 6 月 30 日</p><p>　籃球比賽30秒計時器設(shè)計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章計時器概述2</p><p>　　1.1

3、計時器的特點及應(yīng)用2</p><p>　　1.2設(shè)計任務(wù)及要求2</p><p>　　1.2.1基本要求2</p><p>　　1.2.2設(shè)計任務(wù)及目標(biāo)2</p><p>　　1.2.3參考器件2</p><p>　　第二章電路設(shè)計原理與單元模塊3</p><p><b>

4、　　2.1設(shè)計原理3</b></p><p>　　2.2所用芯片簡介3</p><p>　　2.2.1 74LS1923</p><p>　　2.2.2 74LS005</p><p>　　2.2.3 數(shù)碼管6</p><p>　　2.2.4 答辯7</p><p>&l

5、t;b>　　第三章實驗體會8</b></p><p><b>　　結(jié)論9</b></p><p><b>　　參考文獻9</b></p><p>　　摘要：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、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機、還可以用來做為各種藥丸

6、，藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會是何其重要的。</p><p>　　在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過30秒，否則就犯規(guī)了。本課程設(shè)計的“籃球競賽30秒計時器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間30秒限制。一旦球員的持球時間超過30秒，它自動的報警從而判定此球員的犯規(guī)。</p><p><b>　　本設(shè)計主要能完成：</b>&l

7、t;/p><p>　?。?）顯示30秒倒計時功能；</p><p>　?。?）系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；</p><p>　　（3）計時器為30秒遞減計時器時其計時間隔為1秒；</p><p>　?。?）計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時發(fā)出光電報警信號等。</p><p>

8、;　　整個電路的設(shè)計借助于仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識，并在仿真軟件下設(shè)計和進行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。</p><p>　　關(guān)鍵字：計時器；數(shù)碼顯示；光電報警信號。</p><p><b>　　第一章計時器概述</b></p><p>　　1.1計時器的特點及應(yīng)用</p><p>　　隨著社會文明的進步和科學(xué)技術(shù)

9、的發(fā)展，先進的電子技術(shù)在各個近代學(xué)科門類和技術(shù)領(lǐng)域占有不可或缺的核心地位。在我國現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展進程中，數(shù)字電子技術(shù)在國民經(jīng)濟和科學(xué)研究各個領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。而計時器恰恰是數(shù)字電路技術(shù)的一個重要組成部分, 計時器的種類很多。按構(gòu)成計時器的各觸發(fā)器是否使用同一個時鐘脈沖源來分，可以分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器等等。</p><p>　　1.2設(shè)計任務(wù)及要求</p><p><b&g

10、t;　　1.2.1基本要求</b></p><p>　　（1）顯示30秒倒計時功能；</p><p>　?。?）系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；</p><p>　?。?）計時器為30秒遞減計時器時其計時間隔為1秒；</p><p>　?。?）計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時發(fā)出光電報

11、警信號。</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><p>　?。?）熟悉電路中所用到的個集成塊的管腳及其功能；</p><p>　?。?）進行電路的仿真與調(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(xì)的課程設(shè)計報告

12、。</p><p><b>　　1.2.3參考器件</b></p><p>　　74LS48（兩片）、74LS192（兩片）、CC40161（一片）、555（一片）、74LS00（兩片）、74LS04（一片）、共陰極數(shù)碼管（兩片）、發(fā)光二極管（一只）、微動開關(guān)（二只）、電阻（若干）、電容（若干）。 </p><p>　　第二章電路設(shè)計原理與單元

13、模塊</p><p><b>　　2.1設(shè)計原理</b></p><p>　　30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（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。而我主要完成控制系統(tǒng)這一模塊。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)

14、、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。</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(biāo)準(zhǔn),本設(shè)計要求采用 555 集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。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。</p><p><b>　　2.2所用芯片簡介</b></p><

15、;p>　　2.2.1 74LS192</p><p>　　計數(shù)器選用匯總規(guī)模集成電路74LS192進行設(shè)計較為簡便，74LS192是十進制可編程同步加鎖計數(shù)器，它采用 8421碼二-十進 制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加鎖計數(shù)功能。圖 2-2是74LS192 外引腳。圖中UP、DN分別是加計數(shù)、減計數(shù)的時鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。PL是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）TCU、TCD分別是，進位、借位輸出端

16、（低電平有效），MR是異步清零端，D3-D0是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q3-Q0是輸出端。 74192的功能表見下表 2-1所示。其工作原理是：當(dāng)PL=1，MR=0時,當(dāng)加計數(shù)到9時，TCU端發(fā)出進位下跳變脈沖；若時鐘脈沖加到DN。端，且TCD=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，</p><p>　　當(dāng)減計數(shù)到0時，TCD端發(fā)出借位下跳變脈沖。由 74LS192 構(gòu)成的三十進制遞減計數(shù)器 如下圖 2-

17、3所示</p><p>　　圖2.2 74LS192芯片管腳圖</p><p>　　表2-1 74LS192功能表</p><p>　　圖2-3 8421BCD30遞減計數(shù)器</p><p>　　其清零和置數(shù)的仿真圖如下圖2-4和2-5所示；</p><p><b>　　圖2-4 清零</b>

18、;</p><p><b>　　圖2-5 置數(shù)</b></p><p>　　2.2.2 74LS00</p><p>　　74LS00的引腳圖以及功能如下圖2-6和表2-2所示：</p><p>　　表2-2 74LS00功能表</p><p>　　由表可知，74LS00芯片實現(xiàn)的是與非的功能，即

19、，Y=。</p><p>　　圖2-6 74LS00芯片管腳圖</p><p>　　在我所做的控制模塊中，主要是為了實現(xiàn)一個基本RS觸發(fā)器，如下圖2-7所示：</p><p>　　圖2-7 輔助時序控制電路</p><p>　　由上圖2-7可知：當(dāng)單刀雙擲開關(guān)打到↓檔位時，計數(shù)將停止；當(dāng)打到↑檔位時，計數(shù)將繼續(xù)。具體情況在仿真中將會具體實現(xiàn)。

20、</p><p><b>　　2.2.3 數(shù)碼管</b></p><p>　　共陰極七段 LED 顯示器是較常用的顯示數(shù)碼管，其管腳圖如下圖2-8所示，如果為共陰極的，其管腳COM端接地；如果為共陽極的，起管腳COM 段要接高電平。還要在數(shù)碼管電路上加上一保護電阻，起限電流的作用。</p><p>　　圖2-8 數(shù)碼管引腳圖</p>

21、<p>　　以上是控制模塊的全部內(nèi)容以及我所有的任務(wù)及完成情況，請老師檢查。我們的系統(tǒng)設(shè)計總框圖如下圖2-9所示：</p><p>　　圖2-9 系統(tǒng)設(shè)計總框圖</p><p><b>　　2.2.4 答辯</b></p><p>　　1.問：你是如何實現(xiàn)清零和置數(shù)這兩個功能的？</p><p>　　答：清

22、零是通過一個單刀雙擲開關(guān)控制的，由圖2-4和總圖看出，當(dāng)開關(guān)打到電源檔位時，即是計數(shù)器74LS192的14管腳MR接高電平時，計數(shù)器清零；同理，用一個單刀開關(guān)控制置數(shù)端，當(dāng)開關(guān)閉合時，由圖2-5和總圖可知，即11管腳接低電平時，計數(shù)器置數(shù)。</p><p>　　2.問：那又是如何控制計時器的暫停以及連續(xù)的呢？</p><p>　　答：暫停和連續(xù)用一個單刀雙擲開關(guān)控制，當(dāng)清零開關(guān)接低電平時，

23、同時置數(shù)開關(guān)接高電平時，由圖2-7可以明顯看出，觸發(fā)器控制輸出0和1，即單刀雙擲開關(guān)分別打到↓和↑，進而控制CP，前者封鎖CP，起到暫停的功能；達到后者正常輸出，實現(xiàn)連續(xù)計數(shù)的功能。</p><p><b>　　第三章實驗體會</b></p><p>　　本次課設(shè)是我第二次實習(xí)，但卻是我最成功的一次，也是我感覺最有意義的一次，身為電子信息工程系的學(xué)生，設(shè)計是我們將來必

24、需的技能。而這次課設(shè)恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的平臺。從通過理論設(shè)計，到仿真軟件仿真，再到確定具體方案。整個過程都需要我充分利用所學(xué)的知識進行思考、借鑒。可以說，本次課設(shè)是針對前面所學(xué)的知識進行的一次比較綜合的檢驗。</p><p>　　在這次實習(xí)中，正確的思路是很重要的，只有你的設(shè)計思路是正確的，那你的設(shè)計才有可能成功。因此我們在設(shè)計前必須做好充分的準(zhǔn)備，認(rèn)真查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的

25、基礎(chǔ)。</p><p>　　就我所要完成的任務(wù)來看，由這個計時器實驗，我們可以看出，控制電路是整個電路的核心，我主要要負(fù)責(zé)的也就是這一部分，可以說任務(wù)比較艱巨，我只是知道，我這幾天一直在不停的調(diào)試各種方案，只為了找到一個簡單有效的方案，已順利完成任務(wù)。</p><p>　　要做好本次的課程設(shè)計，熟練地掌握課本上的理論知識是前提。這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行一定的分析和解決。</p&

26、gt;<p>　　總的來說，這次的數(shù)電課設(shè)就是在電路圖的繪制和仿真，由于是第一次接觸proteus軟件，自學(xué)其使用方法，再加上一些型號的芯片找不到，增加了電路圖繪制和仿真難度。但最后在向同學(xué)請教和幫助下，找到替代元件完成了電路圖的繪制與仿真。通過這次的數(shù)電課設(shè)，使我對基本RS觸發(fā)器和計數(shù)器的原理和應(yīng)用有了更加深入的了解和掌握，我想這次數(shù)電課設(shè)最大的收獲就是提高了分析問題和解決問題的能力，由于是考試階段，課設(shè)做的比較匆忙，所

27、以有很多欠缺的地方還請老師多擔(dān)待。</p><p>　　當(dāng)仿真成功的那一刻，我激動得簡直不能自已，一種前所未有的成就感沖擊著我的心海，因為我成功了，這說明這幾天辛勤的勞累終于換來了碩果。當(dāng)然，我知道能完成本次設(shè)計，不僅僅是我一個人的功勞，這離不開老師辛勤地指導(dǎo)，更離不開團隊的隊友相互之間默契的配合，是團隊成就了我，這個優(yōu)秀的團隊促使我們最終順利完成任務(wù)。所以，我感謝老師，我更感謝我的隊友，我的團隊。</p&

28、gt;<p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計主要通過模塊化思想，逐步實現(xiàn)設(shè)計所需達到的功能要求：</p><p>　　1.時鐘模塊為減計數(shù)提供一個頻率為1Hz的脈沖信號，從而實現(xiàn)計數(shù)器計數(shù)間隔為1秒鐘；</p><p>　　2.計數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達到能顯示減計數(shù)功能；</p><

29、p>　　3.報警模塊是為了實現(xiàn)當(dāng)減計數(shù)到零時發(fā)出光電報警信號； </p><p>　　4.控制模塊主要是為了實現(xiàn)計時器的啟動、直接清零和暫停/連續(xù)功能，其中在直接清零時，由外控制開關(guān)控制譯碼器消隱端，從而可以實現(xiàn)顯示譯碼器滅燈；通過暫停/連續(xù)開關(guān)從而實現(xiàn)斷點計時功能。 </p><p>　　至此，本設(shè)計能完成所有任務(wù)及要求。</p><p><b

30、>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1].王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計（脈沖與數(shù)字電路 等教育出版社.1999 第三版）.</p><p>　　[2]. 高 吉 祥 . 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 實 驗 與 課 程 設(shè) 計 . 電 子 工 業(yè) 出 版 社.2002 </p><p>　　[3].孫人杰.電路數(shù)據(jù)手冊 TTL 電路.電子工業(yè)出版