籃球30s倒計時設(shè)計報告.doc

天津工業(yè)大學(xué)電子線路專題設(shè)計與制作報告書 學(xué) 院：電子與通信工程學(xué)院 班 級：通信1104 姓 名：楊洪磊 學(xué) 號: 1110920420 實踐題目:籃球比賽30秒倒計時器 指導(dǎo)教師：高強 目錄1、 設(shè)計目的-12、 設(shè)計要求-1三、總體方案-1四、單元模塊設(shè)計-2 4.1 計數(shù)器電路設(shè)計 4.2 脈沖發(fā)生電路設(shè)計 4.3 譯碼顯示電路設(shè)計 4.4 控制及報警電路設(shè)計五、總體電路圖-5六、元件清單-7七、PCB版圖-8 7.1原理圖 7.2印刷電路板八、設(shè)計心得-10九、參考文獻-101、 設(shè)計目的1）熟悉集成電路的引腳安排。2）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。3）了解籃球比賽30表倒計時器的工作原理。4）熟悉30秒倒計時器的設(shè)計和制作。二、設(shè)計要求1）三十秒計時器，具有顯示30秒的計時功能。2）系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接參數(shù)，清零和暫停功能。3）計時器為三十秒遞減計時器，其計時間隔為一秒。4）當(dāng)計時器遞減到零時，數(shù)碼管顯示器不能滅燈，LED變亮報警。三、總體方案經(jīng)過初步的設(shè)計，可以確定該系統(tǒng)應(yīng)包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報警電路等5個部分構(gòu)成。其中，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)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)碼顯示器顯示零。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，譯碼顯示電路顯示30s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)。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1.1所示。脈沖發(fā)生器計數(shù)器計數(shù)器十位顯示個位顯示小數(shù)位顯示譯碼器譯碼器譯碼器計數(shù)器報警電路控制電路 圖1.14、 單元模塊設(shè)計4.1 計數(shù)器電路設(shè)計 計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進行計數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設(shè)計中選用74LS192來實現(xiàn)要求的減法計數(shù)功能。按照課程設(shè)計要求，需要計時30s，并且顯示到00s，因此該設(shè)計中需要用到兩個十進制的減法計數(shù)器。我們可以用兩片74LS192來實現(xiàn)這兩個計數(shù)器。計數(shù)模塊中的兩片計數(shù)器的加計數(shù)器脈沖輸入端都要接高電平，且要將低位片的借位信號加到高位片的減計數(shù)脈沖輸入端。高位片計數(shù)器的借位信號控制報警信號，在進行減計數(shù)時，借位信號一直為高。 74LS192具有下述功能：1、異步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。（此功能可實現(xiàn)計數(shù)器的清零）2、異步置數(shù)：MR=0， =0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。3、保持： MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)4、加計數(shù)：CR=0, =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù)5、減計數(shù)：CR=0, =1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù)4.2 脈沖發(fā)生電路設(shè)計 用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖1.2(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(dǎo)通,這時,電容器C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/3之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖1.2(b)所示。8 476 555 321 5R1R2ucC+VCCuoDtuo0tw2tw1tuc0T（a）5555555（b）圖1.2 555構(gòu)成的振蕩電路及即波形輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計算公式如下:tW10.7(R1R2)C tW20.7R2C TtW1tW20.7(R12R2)C根據(jù)要求，該系統(tǒng)中要使555構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生10Hz的脈沖，因此我們可以令R1= 51k，R2= 49k，C= 970nF，得到周期T=0.70.101s。4.3 譯碼顯示電路設(shè)計本次設(shè)計中我們用發(fā)光二極管（LED）組成字型來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。因為計算機輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進制數(shù)，就必須先把BCD碼轉(zhuǎn)換成 7 段字型數(shù)碼管所要求的代碼。我們把能夠?qū)⒂嬎銠C輸出的BCD碼換成 7 段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進制數(shù)的電路稱為“七段字型譯碼器”因此在本次的設(shè)計中我們采用了常用的74LS48。對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT1，這時候，譯碼器各段ag輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。74LS48的功能表如下：74LS48功能表十進數(shù)或功能輸入BI/RBO輸出LTRBID C B Aabcdefg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL0000000RBIHL0 0 0 0L0000000LTLxx x x xH1111111表1.1 74LS48的功能表4.4 控制及報警電路設(shè)計報警電路 任務(wù)要求在倒計時到0秒時LED X2變亮報警，因次我們可以將192的輸出端，當(dāng)計時到0秒時最高位192的借位BO會由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，LED導(dǎo)通，這樣就產(chǎn)生了報警信號。暫停、置位、清零暫停 可以通過在將借位信號和暫停控制信號和時序脈沖信號加到一起相與之后作用到小數(shù)位計數(shù)器減計數(shù)脈沖輸入端，即實現(xiàn)計數(shù)器遞減計數(shù)到零時，顯示器不滅燈。當(dāng)開關(guān)打到低電平時計時器暫停，當(dāng)開關(guān)打到高電平時計時器正常計時。啟動置位 可通過192的 異步置數(shù)：MR=0 =0時，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 來使計時器置位啟動。LCAD（即）端的置位功能連接。 清零 可以通過192的 異步清零：MR=1時，Q3Q2Q1Q0=0000 來使計時器清零。CLR（即MR）端的清零功能的電路連接。5、 總體電路圖 小結(jié)：該籃球競賽30S計時器的設(shè)計主要分為五個模塊：時鐘模塊、計數(shù)模塊、譯碼顯示模塊、控制電路和報警電路，其中計數(shù)模塊中的兩片計數(shù)器的加計數(shù)器脈沖輸入端都要接高電平，且要將低位片的借位信號加到高位片的減計數(shù)脈沖輸入端。高位片計數(shù)器的借位信號控制報警信號，在進行減計數(shù)時，借位信號一直為高，此過程報警信號不工作，當(dāng)計數(shù)器減計數(shù)到零時，借位信號變?yōu)榈?，LED導(dǎo)通，這樣就產(chǎn)生了報警信號。這是該計時器的一個簡單的工作流程。6、 元件清單1. 芯片：LM555一片 ，74LS02一片,74LS04一片，74LS11一片， 74LS48三片，74LS192三片，2. 電阻：51K一個 ,49K 一個，3. 電容：970nF 一個，10nF一個4. 三極管：2N2222A1個5. 開關(guān)：單刀雙擲開關(guān) 3個5.共陰數(shù)碼管：1個6.LED：1個7、 PCB版圖 7.1原理圖 1.5 PCB原理圖 7.2印刷電路板無覆銅： 1.6 無覆銅印刷電路板 小結(jié)：PCB原理圖及印刷電路板是使用Altium Designer 10設(shè)計的，在設(shè)計過程中遇到的了一些問題但是都解決了，布線比較慢。8、 設(shè)計心得課程設(shè)計需要的是活學(xué)活用所涉及的知識。在設(shè)計中，我充分應(yīng)用我們所學(xué)的知識，例如：集成電路74LS系列、三極管、二極管、整定時器555等元件的應(yīng)用。這次實踐使我受益匪淺，在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強了我的實際操作能力。在讓我體會到設(shè)計電路艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。這次設(shè)計所用的的工具是Multisim 11、Altium Designer 10 由于之前接觸過類似的軟件，所以畫圖和仿真就比較方便，使設(shè)計的質(zhì)量得到了保證。在設(shè)計過程中還是遇到很多困難的，例如192芯片的置數(shù)問題需要低電平啟動、高電平運行；而且在最后保持00狀態(tài)時也出現(xiàn)過問題，最后利用十位數(shù)計數(shù)器的借位信號用來控制該狀態(tài)。仿真過程中用的protues軟件，該軟件還是比較簡單好用的，例如可以用方波來直接代替555定時器，而且不用經(jīng)過譯碼顯示電路直接由192連接到