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文檔簡介
1、<p> 《數(shù)字電子技術(shù)》課程設計</p><p> 設計題目: 籃球競賽30s計時器邏輯電路設計 </p><p> 專 業(yè): 電子信息科學與技術(shù) </p><p> 班 級: 12 信 息 本 </p><p> 學生姓名:
2、 </p><p> 學 號: </p><p> 指導教師: </p><p> 2013年12月20日</p><p> 籃球
3、競賽30s計時器邏輯電路設計 </p><p> 摘要:基于數(shù)字電路課程設計是電子技術(shù)學習中非常重要的一個環(huán)節(jié),是將理論知識和實踐能力相統(tǒng)一的環(huán)節(jié),是真正鍛煉學生能力的環(huán)節(jié)。 </p><p> 在許多領(lǐng)域中計時器均得到普遍應用,諸如在體育比賽,定時報警器、游戲中的倒計時,交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通信號控制機、還可以用來做為各種藥丸,
4、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)定了隊員的持球時間不能超過30S,否則就犯規(guī)了。本課程設計的“籃球競賽30S計時器”,可用于籃球比賽中,用于對隊員持球時間30S的限制。一旦隊員的持球時間超過了30S,它自動的報警從而判定此隊員的犯規(guī)。 </p><p> 籃球競賽30S計時器具有計時、暫停、清零、報警的功能,整
5、個電路的設計借助于Proteus仿真軟件和數(shù)字邏輯電路,并在Proteus下設計和進行仿真,得到了預期的結(jié)果。再通過實際焊接和調(diào)試來現(xiàn)實實現(xiàn)這些功能。</p><p> 關(guān)鍵詞:計時器;脈沖發(fā)生器;數(shù)碼顯示;清零;報警</p><p><b> 第一章 設計任務</b></p><p> 籃球競賽30S計時器</p><
6、;p> 1. 具有顯示30S計時功能;</p><p> 2.設置外部操作開關(guān),控制計數(shù)器的直接清零,啟動和暫停/連續(xù)功能;</p><p> 3.在直接清零時,要求數(shù)碼顯示器滅燈;</p><p> 4.計時器為30S遞減計時,計時間隔為1S;</p><p> 5.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
7、信號。</p><p> 第二章 方案設計及比較</p><p><b> 2.1 設計方案</b></p><p> 根據(jù)目前所學的知識,主要有以下兩種設計方法</p><p><b> ?。?).方案一:</b></p><p> 圖2.1 方案一籃球競賽30S計
8、時器電路</p><p><b> (2).方案二;</b></p><p> 圖2.2 方案二籃球競賽30S計時器電路</p><p><b> 2.2 方案比較</b></p><p> 方案一:雖然元器件也挺多,但對比與方案二更多,而且需要的芯片也更少,這樣所需成本更少,線路更簡單些,
9、焊起來也更快。</p><p> 方案二:結(jié)構(gòu)復雜,線路很多,用的元器件也比較多,而且要用到兩個555芯片,需要的芯片也更多,這樣在實際焊的過程中工作量比較大。</p><p> 所以,綜合考慮,選擇方案一較好。</p><p> 第三章 單元電路分析與設計</p><p> 3.1 電路設計原理</p><p&g
10、t; 籃球競賽30S計時器的總體參考方案框圖如圖 3-1 所示。它包括秒脈沖發(fā)生器,30S計時器,單元譯碼顯示部分,報警電路和外部操作信號五大塊組成,其中外部操作信號包括置數(shù)啟動,暫停和清零電路。</p><p> 圖3.1 籃球競賽30S計時器設計總框圖</p><p><b> 3.2 單元模塊</b></p><p> 3.2.1
11、 脈沖產(chǎn)生電路(555定時器) </p><p> 555定時器主要是通過外接電阻R和電容器C構(gòu)成充、放電電路,并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路、以及多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等脈沖波形產(chǎn)生和整形電路。</p><p> NE555為8腳時基集成電路,各腳主要功能(集成塊圖在下面) &l
12、t;/p><p> 1地 GND 2觸發(fā) </p><p> 3輸出 4復位 </p><p> 5控制電壓 6門限(閾值) </p><p> 7放電 8電源電壓Vcc</p><p> 用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器:&l
13、t;/p><p> 用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖(a)所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號,利用電源VCC通過R1和R2向電容器C充電,使uC逐漸升高,升到2VCC/3時,uO跳變到低電平,放電端D導通,這時,電容通過電阻R2和D端放電,使uC下降,降到VCC/3時,uO跳變到高電平,D端截止,電源VCC又通過R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán),振蕩不停, 電容器C在VCC/3和2VCC
14、/3之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖(b)所示。</p><p> 3.2 脈數(shù)發(fā)生器示意圖</p><p> 輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計算公式如下:</p><p> tW1=0.7(R1+R2)C (3.2.1 – 1) </p><p
15、> tW2=0.7R2C (3.2.1 – 2)</p><p> T=tW1+tW2=0.7(R1+2R2) (3.2.1 – 3)</p><p> 這里的脈數(shù)發(fā)生器R1 =51 KΩ, R2 = 47 KΩ,C =1 uf</
16、p><p> 周期T = 0.1 s</p><p><b> 3.2.2 計時器</b></p><p> 計時器部分由兩片74Ls192和一片74Ls161組成</p><p> (1). 74LS161是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器,它可以靈活的運用在各種數(shù)字電路,以及單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)分頻器等很多重要
17、的功能.</p><p> 圖3.3 74Ls161引腳圖</p><p><b> 管腳圖介紹:</b></p><p> 時鐘CP和四個數(shù)據(jù)輸入端P0~P3</p><p><b> 清零/MR</b></p><p><b> 使能CEP,CET&l
18、t;/b></p><p><b> 置數(shù)PE</b></p><p> 數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3</p><p> 圖3.4 74Ls161功能表</p><p> 從74LS161功能表功能表中可以知道,當清零端CR=“0”,計數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”,這個時候為異步復位功能。當CR=“
19、1”且LD=“0”時,在CP信號上升沿作用后,74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3,D2,D1,D0的狀態(tài)一樣,為同步置數(shù)功能。而只有當CR=LD=EP=ET=“1”,CP脈沖上升沿作用后,計數(shù)器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO,其邏輯關(guān)系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能,一片74LS161可以組成16進制以
20、下的任意進制分頻器。</p><p> 這里將74Ls161置數(shù)為6,計數(shù)從6到15變成十進制計數(shù)器,脈數(shù)發(fā)生器周期為0.1秒,經(jīng)過74Ls161,每循環(huán)一次,TC進位端發(fā)生一個高信號,于是相當于TC端是發(fā)出周期為1秒的脈沖信號。</p><p> (2).74LS192 為可預置的十進制同步加/減計數(shù)器(雙時鐘),其清除端是異步的。</p><p> 圖3.
21、5 74Ls192引腳圖</p><p><b> 引出端符號 </b></p><p> TCD 錯位輸出端(低電平有效)</p><p> TCU 進位輸出端(低電平有效) </p><p> CPD 減計數(shù)時鐘輸入端(上升沿有效) </p><p>
22、; CPU 加計數(shù)時鐘輸入端(上升沿有效) </p><p> MR 異步清除端 </p><p> P0~P3 并行數(shù)據(jù)輸入端 </p><p> PL 異步并行置入控制端(低電平有效) </p><p> Q0~Q3 輸出端</p><p> 當清除端
23、(MR)為高電平時,不管時鐘端(CPD、CPU)狀態(tài)如何,即可完成清除功能;預置是異步的,當置入控制端(PL)為低電平時,不管時鐘CP的狀態(tài)如何,輸出端(Q0~Q3)即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端(P0~P3)相一致的狀態(tài);計數(shù)是同步的,靠CPD、CPU同時加在4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0~Q3 同時變化,從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPD或CPU,此時另一個時鐘應為高電平。 當
24、計數(shù)上溢出時,進位輸出端(TCU)輸出一個低電平脈沖,其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖;當計數(shù)下溢出時,錯位輸出端(TCD)輸出一個低電平脈沖,其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。 當把TCD和TCU分別連接后一級的CPD、CPU,即可進行級聯(lián).</p><p> 74Ls192設計部分如下:</p><p> 圖3.6 74Ls192設計</p><p>
25、; 高片74Ls192置數(shù)為3,低片74Ls92置數(shù)為0,低位CP接74Ls161的TC(15管腳)。當?shù)臀?4Ls92從0減為9時,借位端發(fā)出信號,使高位74Ls92從3到2,低位每計數(shù)十下,高位減一下。</p><p> 3.2.3 單元譯碼顯示部分</p><p> 單元譯碼顯示部分也由兩部分組成,一部分是74Ls48,一部分是共陰數(shù)碼管。</p><p&g
26、t; (1). 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)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。</p><p> 圖3.7 74LS48引腳圖</p><p> 圖3.8 數(shù)字顯示譯碼器</p><p> 圖3.9 BCD七段譯碼器真值表</p><p><b> ?。?).共陰數(shù)碼管</b>&
27、lt;/p><p> 圖3.10 共陰數(shù)碼管引腳圖</p><p> 譯碼管和數(shù)碼管的連接:</p><p> 圖3.11 單元譯碼顯示部分</p><p> 3.2.4 報警電路</p><p> 圖3.12 光電報警電路</p><p> BO1為低位74LS192的借位端,BO2為
28、高位74LS192的借位端,到低位從0到9時,BO1發(fā)出“0”信號,但不會使發(fā)光二級管亮燈,只有當計數(shù)器見到00時,B01和BO2同時發(fā)出“0”信號,才能使發(fā)光二級管發(fā)光,產(chǎn)生報警作用。</p><p> 3.2.5 外部操作信號</p><p> 外部操作信號由置數(shù),暫停,清零三部分構(gòu)成。</p><p> 1、操作“清零”開關(guān),要求計數(shù)器清零,當開關(guān)閉合是
29、繼續(xù)工作,開關(guān)打開是使兩片74ls192的清零端為高電位,于是清零端工作。 2、閉合“啟動”開關(guān),計數(shù)器應完成置數(shù)功能,顯示器顯示30,斷開“啟動”開關(guān),計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)。 3、當“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于閉合時,發(fā)出低電平,通過與555的輸出端與非,從而使與非后的信號一直為高電位,即脈沖信號失效,顯示器保持不變。當此開關(guān)處于打開時,計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。</p><p><b> 總
30、原理圖</b></p><p> 根據(jù)上述設計思路和參數(shù)設計得到總電路原理圖:</p><p> 圖4.1 總電路原理圖</p><p> 第五章 實物圖的連接與調(diào)試</p><p> 5.1 實物圖的連接</p><p> 1. 準備數(shù)字電路試驗箱一個,74LS48兩塊、74LS192兩塊 CC
31、4011一塊。</p><p> 2. 檢測各元件邏輯功能的完整性。</p><p> 3. 連接實物電路,按要求進行實驗。</p><p> 5.2 調(diào)試儀器和設備</p><p> 萬用表 示波器 導線 鑷子</p><p> 5.3 實物圖的調(diào)試</p><p> (1).連
32、接好實物圖后打開電源,合上置數(shù)開關(guān)S1,結(jié)果如圖5.31顯示</p><p> 圖5.31 實物連接圖</p><p> (2).發(fā)現(xiàn)計時器計數(shù)太快,周期差不多是0.1秒,發(fā)現(xiàn)電容弄錯了,于是把電容改小了十倍,再測試周期正常為1秒。</p><p> (3).電路開始倒計時。如圖5.32所示</p><p> 圖5.32 倒計時中&l
33、t;/p><p> 5.4 電路的調(diào)試結(jié)果及分析</p><p> 經(jīng)多次調(diào)試后連接5V直流電源后,數(shù)碼管首先顯示數(shù)字為00,閉合置數(shù)開關(guān),數(shù)字顯示為30,打開置數(shù)開關(guān),計數(shù)器開始計時,從30一直到00,計數(shù)期間按下暫停鍵,數(shù)碼管顯示不變,打開后繼續(xù)計算,當數(shù)碼管到了00時,發(fā)光二極管發(fā)亮同時數(shù)碼管顯示不變,停在00。結(jié)果與設計要求都符合,說明這次設計成功。</p><
34、p><b> 第六章 實驗總結(jié)</b></p><p> 在本次的課程設計中通過自己選題,找材料,分析、設計等,也掌一些軟件的操作方法,這為以后的學習做了鋪墊。整個設計實現(xiàn)了從單一的理論學習到解決實際問題的轉(zhuǎn)變。 通過本次的課程設計,最大的收獲就是提高了自身的動手能力,培養(yǎng)了尋求解決問題的能力和團隊精神,也增強了其它方面的能力。在設計中,充分應用所學的知識。這次實踐讓人受益匪淺,在
35、摸索該如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中,特別有趣,培養(yǎng)了大家的設計思維,增強了實際操作能力。在讓大家體會到設計電路艱辛的同時,更體會到成功的喜悅和快樂。</p><p> 這次設計所用的的仿真軟件工具是Multisim,總體上感覺Multisim這軟件還不錯,以后多練習,以便更好的運用。</p><p><b> 參考文獻</b></p><
36、;p> [1].余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎簡明教程(第二版).高等教育出版社,1999.</p><p> [2].陳大欽.電子技術(shù)基礎實驗.高等教育出版社,2000.</p><p> [3].唐穎、馬杰、王海云.數(shù)字電路.重慶大學出版設,2004。</p><p> [4] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎.北京:高等教育出版社,2006.</p>
37、<p> [5] 代啟化.Proteus在電路系統(tǒng)設計中的應用.2006.</p><p> [6] 肖景和.CMOS數(shù)字電路應用300例.中國電力出版社,2006.</p><p> 數(shù)字電子技術(shù)》課程設計評分表</p><p> 設計題目:XXXX 學生姓名:某某
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