電子技術課程設計--具有數(shù)字顯示的籃球競賽30s計時器設計報告

1、<p>　　電子技術課程設計報告</p><p><b>　　設計課題：</b></p><p>　　具有數(shù)字顯示的籃球競賽30S計時器</p><p>　　專業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　姓名： </p><p>　

2、　學號： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前言………………………………………………………………… 2</p><p>　　1 系統(tǒng)概述 ……………………………………………………… 3</p><p>　　2 單元電路設計、仿真與分析 …

3、…………………………………… 3</p><p>　　2.1 時鐘脈沖電路 ………………………………………………… 3</p><p>　　2.2 計時電路 …………………………………………………… 5</p><p>　　2.3 控制電路 …………………………………………………… 6</p><p>　　2.4 譯

4、碼顯示電路………………………………………………… 6</p><p>　　2.5 報警電路 ……………………………………………………… 73 電路的安裝與調(diào)試 …………………………………………… 9</p><p>　　4 結(jié)束語 ………………………………………………………… 10</p><p>　　5 鳴謝 …………………

5、……………………………………… 10</p><p>　　6 元器件明細表 …………………………………………………11</p><p>　　7 參考文獻 …………………………………………………… 11</p><p>　　8 附圖 …………………………………………………………… 12</p><p>　　8.1

6、總原理圖 ……………………………………………………………… 13</p><p>　　8.2 PCB版圖 ……………………………………………………………… 14</p><p><b>　　第1章 系統(tǒng)概論</b></p><p>　　一、設計任務及系統(tǒng)功能簡介</p><p>　　設計一個籃球競賽30S進攻時間限制計

7、時器。性能指標要求： （1）工作時間可在1—30S內(nèi)任意設定。（2）30S計時器是遞減計時器，間隔為1S。能用LED數(shù)碼管顯示剩余工作時間，還能顯示到1/10秒。即當計時開始時顯示出所設定的總時間，每當計時10個1/10S，顯示器的數(shù)字立即減1。（3）減1計時到7S時，發(fā)出三聲低音預告信號。(4) 減1計時到零時(工作時間到)，發(fā)出三聲高聲，并自動停止計時。(5) 具有暫停/繼續(xù)工作、清零復位和啟動計時功能。</p&g

8、t;<p>　　二、總體方框圖與實現(xiàn)的原理及方案論證 </p><p><b>　　1.電路原理框架圖</b></p><p><b>　　圖（1）原理框圖</b></p><p>　　圖（1）包括脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報警電路等5個部分。其中，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)

9、器完成30s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等功能。</p><p>　　第2章 單元電路設計與仿真</p><p>　　(1)時鐘脈沖電路：</p><p>　　這里我們用NE555組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供時鐘。</p><p>　　多諧振蕩器也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時

10、毋須外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。用555實現(xiàn)多諧振蕩，需要外接電阻R1，R2和電容C1，C2。據(jù)所用電阻R1=5.1K ,R2=4.7K ，C2＝0.1uF而需要的頻率為10HZ，根據(jù)公式</p><p>　　T1=0.7*C1*（R1＋R2）</p><p>　　T2=0.7*C1*R2</p><p><b>　　T1+T2=

11、0.1</b></p><p>　　算出C1應取10uF。并外接+5V的直流電源。只需在+Ucc端接上+5V的電源，就能在3腳產(chǎn)生周期性的方波。</p><p><b>　?。娐啡缦聢D：）</b></p><p><b>　　仿真電路圖</b></p><p><b>　　產(chǎn)

12、生的波形</b></p><p><b>　　計時電路</b></p><p><b>　　仿真電路如下:</b></p><p>　　8421BCD碼30進制遞減計數(shù)器是由兩片74192芯片構(gòu)成的，其中74192的功能表如表1所示，另外管腳列圖中CO是加計數(shù)進位輸出端，當加計數(shù)到最大計數(shù)值時，CO發(fā)出一個底電

13、平；BO為減計數(shù)借位輸出端，但減計數(shù)到零時，BO發(fā)出一個底電平。電路采用串行接位方式級聯(lián)，每當個位計數(shù)器由0復9時，其BO發(fā)出一個脈沖作十位計數(shù)器減計數(shù)的時鐘信號，使十位計數(shù)器減1計數(shù)。30進制遞減計數(shù)器的預置數(shù)是N=（0011 0000）8421BCD=(30)D,它的計數(shù)原理是，每當?shù)臀挥嫈?shù)器的BO端發(fā)出負跳變借位脈沖時，高位計數(shù)器減1計數(shù)。當高位和低位計數(shù)器全處于0，同時在CPD=0期間，高位計數(shù)器BO=LD=0，計數(shù)器完成異步置

14、數(shù)，之后BO=LD=1，計數(shù)器在CPD時鐘脈沖作用下，進入下一輪的減計數(shù)。</p><p>　　CLR | UP DOWN | LOAD | A B C D | QA QB QC QD CO BO </p><p>　　----|-----------|-------------------|-----------------------</p><p&

15、gt;　　1 | X X | X | X X X X | 0 0 0 0 1 1 </p><p>　　0 | X X | 0 | X X X X | A B C D 1 1 </p><p>　　0 | POS 1 | 1 | X X X X | Count U

16、P * * </p><p>　　0 | 1 POS | 1 | X X X X | Count Down * * </p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　?。?）控制電路</b></p><p>　　如上圖可

17、以知道兩個與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，并控制74ls161（仿真用74163代替）的使能端ENP和ENT從而達到暫停計時和繼續(xù)計時作用。</p><p>　　復位、清零電路圖如下:</p><p>　　通過復位開關控制192和161的預置使其復位到預置, 清零開關控制清零端的功能.使兩個192的借位輸出反饋控制161的使能端。</p><p><b>　　

18、（4）譯碼顯示電路</b></p><p>　　譯碼和數(shù)碼顯示電路是將計數(shù)器的記時狀態(tài)直觀清晰地反映出來,被人們的視覺器官所接受。 顯示器件選用LED七段共陰數(shù)碼管.在譯碼顯示電路輸出信號的驅(qū)動下,顯示出清晰,直觀的數(shù)字符號。</p><p>　　74ls48譯碼器輸入.出信號 和數(shù)碼管顯示如表2所示</p><p>　　A B

19、 C D  OA OB OC OD OE OF OG 數(shù)碼管顯示</p><p>　　0  0  0  1   0  1  1  0  0  0  0  10  0  1  0 &#

20、160; 1  1  0  1  0  0  1  20  0  1  1   1  1  1  1  0  0  1  30  1  0 

21、; 0   0  1  1  0  0  1  1  40  1  0  1   1  0  1  1  0  1  1  50  1

22、 1  0   0  0  1  1  1  1  1  60  1  1  1   1  1  1  0  0  0  0  7

23、1  0  0  0   1  1  1  1  1 1  1  8 1  0  0  1   1  1  1  1  0  1  1 

24、 </p><p><b>　　表2</b></p><p><b>　?。?） 報警電路</b></p><p>　　由74ls161記數(shù)器（仿真用74163代替）和非門構(gòu)成的報警電路如圖所示。其中74ls161形成脈沖，161計數(shù)輸出如下：</p><p>　　DCBA

25、 DCBA</p><p>　　0000 1000</p><p>　　0001 1001</p><p>　　0010 1010</p><p>　　0011 1011<

26、;/p><p>　　0100 1100</p><p>　　0101 1101 </p><p>　　0110 1110</p><p>　　0111 1111</p><p&

27、gt;　　其B端輸出每次間隔兩個脈沖出一次連續(xù)高電平，所以使B端經(jīng)過反相后推動蜂鳴器，使蜂鳴器能在一個計數(shù)循環(huán)內(nèi)相三次。</p><p>　　其中7秒時可以直接從計數(shù)脈沖直接引出實現(xiàn)高聲三次蜂鳴。</p><p>　　而零秒時用如下電路實現(xiàn)：</p><p>　　通過LOAD`的預置，使161在零秒時無效開始計數(shù)，而QC和QD的的輸出反饋控制161的計數(shù)狀態(tài)，使其只

28、能從0101—1111計數(shù)一次，最終實現(xiàn)零秒時只響三聲低聲。</p><p><b>　　（6）電路仿真圖</b></p><p>　　第3章 電路的安裝與調(diào)試</p><p>　?。?） 時鐘脈沖電路的安裝和調(diào)試 振蕩電路輸出接發(fā)光二極管，觀察發(fā)光二極管的顯示情況。</p><p>　?。?）計數(shù)器的安裝和

29、調(diào)試。按電路連線，輸出可接發(fā)光二極管。觀察在CP作用下（CP為1HZ，可由555振蕩電路提供）輸出端發(fā)光二極管的狀態(tài)變化情況，驗證是否為十進制計數(shù)器。</p><p>　　（3） 譯碼顯示電路的安裝和調(diào)試 按電路在實驗板上連線。觀察在CP作用下數(shù)碼管的顯示情況。 </p><p>　?。?）調(diào)試過程及結(jié)果分析</p><p>　?、伲由想娫春蟀l(fā)現(xiàn)，我們的數(shù)碼

30、管沒有任何變化，我們都認為事芯片的原因。經(jīng)過仔細檢查沒跟導線，發(fā)現(xiàn)芯片沒有虛焊。最后不得不從一開始的檢查電路的線路，到了最后才知道是芯片74ls48的使能端接電源上有失誤，芯片74ls48的使能端連接加電源線使其無效，但是正是由于接電路的一個不小心，誤把電源線加成了地線，導致了整個電路的失敗，不能正常顯示。</p><p>　?、冢當?shù)碼管正常顯示之后發(fā)現(xiàn)記數(shù)時發(fā)光二極管不停的閃爍而到記到7秒的時候卻暗下來，分析認

31、為信號沒控制好。按圖索驥，從發(fā)光二極管開始往回查，最后發(fā)現(xiàn)7秒的反饋信號漏接了一個反相器。</p><p>　?、郏?秒正常之后，發(fā)現(xiàn)零秒時刻蜂鳴器并不響，初步認為專用來報警的161不能正常工作。測試161的每個管腳電平，發(fā)現(xiàn)預置端LOAD｀ 沒始終為零，致使161在零時刻不能計數(shù)。問題發(fā)現(xiàn)后，沿著反饋線路檢查發(fā)現(xiàn)借位輸出端的與非門少了一根跳線。那跳線在做PCB圖時忘了加上焊盤導致漏焊。</p>

32、<p>　?、埽A置端LOAD｀正常后，發(fā)現(xiàn)零秒時刻蜂鳴器還是不響。認識到161的問題不只一處。再次檢查發(fā)現(xiàn)使能端7和10始終為0，使得161始終保持。仔細檢查器件管腳之間的接線沒發(fā)現(xiàn)問題。后來查看導電銅板時發(fā)現(xiàn)有一小塊焊錫把使能端的反饋線與旁邊的銅板短接，那小塊焊錫是在摔其他焊點多余焊錫時不小心沾上的。挑去焊錫后使能端工作正常。</p><p>　?、荩跊]改電路前，發(fā)現(xiàn)7秒時蜂鳴器能響高聲，但零秒是

33、不能響，發(fā)光二極管亮的很微弱?？梢钥隙ㄗ冏杵鳑]分壓好，但不管怎么調(diào)試總不能使兩個報警時刻同時響，更不說分高低音了。初步分析，發(fā)現(xiàn)原來的蜂鳴器工作電壓為5V，分壓后平均電壓為2.5V，不能使其能工作。討論認為可用三極管放大電壓，但需另一電源，不經(jīng)濟。然后認為換一個工作電壓為2到3伏的蜂鳴器。3V蜂鳴器買回來后，突然想起可以同時用兩個蜂鳴器分開報警，這樣可以不浪費原來的蜂鳴器。于是用別人多出的發(fā)光二極管串聯(lián)接到零秒作用端。</p>

34、;<p><b>　　第4章結(jié)束語</b></p><p>　　經(jīng)過本次課程設計，了解了從電路設計到實物安裝調(diào)試的整個過程，加深了對數(shù)電知識的進一步的掌握，學會了如何用EWB和PROTEL實現(xiàn)電路的設計及制作。在設計及制作過程中，發(fā)現(xiàn)了許多錯誤，體會到了理論與實際的差距，懂得了如何用理論引導實際。學會了與同伴的合作設計。</p><p>　　本次課程設計

35、難度適中，激發(fā)了我們的積極性，提高了我們的設計和動手能力。但本次實驗時間與考試復習時間有沖突，限制了我們對電路的優(yōu)化，建議以后先考完試再做課設。</p><p>　　鳴謝： 感謝指導老師黃知超和高鵬老師的辛勤教導，創(chuàng)新基地的工具提供，邵湖同學的極力合作，全體宿舍同學的協(xié)同和幫助！</p><p><b>　　元器件明細表：</b></p><p&g

36、t;<b>　　參考文獻:</b></p><p>　　1 康華光主編?電子技術基礎(數(shù)字部分) ?高等教育出版社?1998年第四版</p><p>　　2 江國強 蔣艷紅編著?現(xiàn)代數(shù)字邏輯電路實驗指導?電子工業(yè)出版社?2003年</p><p>　　3 鐘文耀 段玉生 何麗靜編著?EWB 電路設計入門與應用?清華大學出版社?2000年<