象棋競賽計時器的設(shè)計doc修改版

1、 課 程 設(shè) 計課程名稱 數(shù)字電子技術(shù) 課題名稱 象棋競賽計時器設(shè)計 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電氣0705班 學(xué) 號 200701010524 姓 名 賈 磊 指導(dǎo)教師 陳意軍 2009年 11月11日目錄前言 3第一章 計數(shù)器概述 41.1 計時器的特點及應(yīng)用 41.2 設(shè)計任務(wù)及要求 5第二章 電路設(shè)計原理及單元模塊62.1 設(shè)計原理 62.2 設(shè)計方案 7 2.3 單元模塊 8 2.3.1 8421BCD碼遞減計數(shù)器模塊 8 2.3.2 時鐘模塊 15 2.3.3 輔助時序控制模塊 16 2.3.4 譯碼顯示模塊 17 2.3.5 開關(guān)控制模塊 19第三章 硬件安裝與調(diào)試 2

2、03.1 電路的安裝 203.2 電路的調(diào)試 21第四章 實驗體會 22結(jié) 論 23附 錄24 前言電子課程設(shè)計是電子技術(shù)學(xué)習(xí)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)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉我們學(xué)生能力的一個環(huán)節(jié)。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，由此可見計時器在現(xiàn)代社會是何其重要的。在象棋比賽中，甲乙二人在3小時規(guī)定用時后開始讀秒，甲乙讀秒分別為30秒倒計時，每隔一秒，計數(shù)器減一。甲30秒用時完后，乙自動切換。以數(shù)字形式顯示倒計時時間。本設(shè)計主要能完成：顯示3時00分00秒和30秒倒計時功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計

3、時器的直接清零、置數(shù)、啟動和暫停功能；3時00分00秒計時器為遞增計時，其計時間隔為1秒；30秒計時器為遞減計時，計時器走到到零時，數(shù)碼顯示器顯示00，同時發(fā)出蜂鳴報警信號和數(shù)碼顯示燈閃爍。整個電路的設(shè)計借助于EWB5.0仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識，并在EWB5.0下設(shè)計和進行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。第一章 計時器概述 1.1 計時器的特點及應(yīng)用 隨著社會文明的進步和科學(xué)技術(shù)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)字電子技術(shù)的一個重要組成部分，計時器是

4、一個用來實現(xiàn)計數(shù)功能時序部件，它不僅可以用來計脈沖個數(shù)，還常用來做數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻執(zhí)行數(shù)字運算，以及其他特定的邏輯功能等等。 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，可以分為同步計時器和異步計時器。根據(jù)計時制的不同，可以分為二進制、十進制和任意進制計時器。根據(jù)計時器的增減趨勢，又可以分為加法、減法和可逆計時器。還有可預(yù)置數(shù)和可編程序功能計時器等等。目前，無論是TTL還是CMOS集成電路，多有品種較齊全的中規(guī)模集成計時器，使用者只要借助于期間手冊提供的功能表和工作波形圖及管腳圖排列，就能正確地使用這些器件。1.2 設(shè)計任務(wù)及要求 1.2.1基本要求：（1） 具有

5、顯示3時00分00秒和30秒倒計時功能；（2） 甲乙在3小時公共用時后，開始讀秒；甲乙讀秒分別為30秒倒計時，每隔一秒，計數(shù)器減一。甲30秒用完后乙自動切換。以數(shù)字形式顯示倒計時時間。（3） 系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、置數(shù)、啟動/連續(xù)、暫停等功能；（4） 計時器為3時00分00秒遞增和30秒秒遞減計時，其計時間隔為1秒； （5） 30秒計時器遞減到零時，數(shù)碼顯示器閃爍，同時發(fā)出蜂鳴報警信號。1.2.2 設(shè)計任務(wù)及目標(biāo)： （1） 設(shè)計思路清晰，整體設(shè)計給出框圖，提供總電路圖（2） 單元模塊設(shè)計，給出具體設(shè)計思路和電路；（3） 給出單元模塊電路，總電路圖的仿真結(jié)果（4） 進行電路

6、的裝接、調(diào)試，直到電路能達到規(guī)定的設(shè)計要求； （5） 寫出完整、詳細的課程設(shè)計報告。1.2.3 主要參考器件： NE555（1） 74LS192（7） 74LS00（2） 74LS08(1) 74LS02(1)74LS32(2) 74LS04（2） 數(shù)碼顯示燈1個 數(shù)碼管7個第二章 電路設(shè)計原理與單元模塊 21 設(shè)計原理 總體參考方案框圖如下圖所示。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（簡稱控制電路）等模塊組成。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3小時00分00秒和30秒倒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、置數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯

7、碼顯示電路的顯示與定時時間到報警等功能。脈沖發(fā)生器3小時顯示電路30秒倒計時譯碼顯示電路控制電路報警電路外部操作開關(guān)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，但本設(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數(shù)碼顯示燈和蜂鳴器構(gòu)成。22 設(shè)計方案 分析設(shè)計任務(wù)書，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成3h和30s倒計時功能，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

8、之間的時序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時，要求3h計數(shù)器直接清零。當(dāng)公共3小時走完之后，時間定格在3時00分00秒保持不變，于是想到將顯示3小時的那個芯片的輸出端Qa和Qb通過一個與非門之后的輸出再和脈沖CP進行邏輯與運算，將結(jié)果作為秒個位脈沖的輸入這樣就可做到數(shù)碼管顯示3時00分00秒的字樣時停止計數(shù)。之后是自行啟動30秒倒計時。將上文所說的Qa和Qb連到與非門的輸入端，然后將輸出的結(jié)果再通過反向器求反，從反向器的輸出端引一條線與脈沖CP通過與門之后輸出到30秒的秒個位的脈沖輸入端，即CPd，這樣就可實現(xiàn)3小時過完之后30秒倒計時自行啟動。最后是控制電路的設(shè)計，考慮到一般的開關(guān)在開關(guān)閉合和斷開的

9、時候會有跳動導(dǎo)致接觸不良的現(xiàn)象，所以在本實驗中采用RS觸發(fā)器構(gòu)成的單刀雙擲防抖動開關(guān)即可排除開關(guān)抖動的干擾，具體原理下文有詳細論述在此不再贅述。23 單元模塊 2.3.1 8421BCD碼遞減計數(shù)器模塊計數(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減計數(shù)器，它采用8421碼二-十進制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加減計數(shù)功能。圖2-3是74LS192外引腳及時序波形圖。圖中、分別是加計數(shù)、減計數(shù)的時鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）， 、分別是進位、借位輸出端（低電平有效），CR是異步清零端，D3-D0是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q

10、3-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)=1，CR=0時，若時鐘脈沖加到端，且=1 則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計數(shù)功能，當(dāng)加計數(shù)到9時，端發(fā)出進位下跳變脈沖；若時鐘脈沖加到端，且 =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，當(dāng)減計數(shù)到0時， 端發(fā)出借位下跳變脈沖。 圖2-3 74LS192外引腳及時序波形圖 表2-1 74LS192功能表輸入輸出清零置數(shù)加計數(shù)減計數(shù)數(shù)據(jù)Q0Q1Q2Q3CRLDCPuCPDD0D1D2D31×××××××000000××d0d1d2d3d

11、0d1d2d3011××××遞減計數(shù)011××××遞增計數(shù)0111××××保持當(dāng)CPD =1，計數(shù)脈沖從CPu 送入，則在CP上升沿的作用下，計數(shù)器進行加計數(shù)，加到9后，借位輸出端=0當(dāng)CPu =1時，計數(shù)脈沖從CPD 送入，則在CP上升沿的作用下，計數(shù)器進行減計數(shù)，減到0時，借位輸出端 =0由74LS192構(gòu)成的六十進制遞減計數(shù)器如下圖所示 其計數(shù)過程如下：芯片的順序從左到右定為1、2、3、4、5第5個芯片的UP管腳輸入的CP是由第1個芯片的QA和QB與非的結(jié)果再與頻率為1

12、HZ的脈沖邏輯與得到的結(jié)果，這樣當(dāng)計時器計時到3小時00分00秒時第5個芯片的UP端輸入的脈沖為0這樣就停止了脈沖的輸入進而啟動30秒倒計時的計數(shù)。其進位方式如下：第5個芯片從0走到9時其進位輸出端產(chǎn)生一個0作為第四個芯片的脈沖輸入，由于要設(shè)計的六十進制的計數(shù)器而74LS192時10進制加減計數(shù)器，于是將第4個芯片的QB和QC進過一個與門連到芯片的CR清零端這樣當(dāng)計數(shù)器走到6時QB和QC邏輯與過之后產(chǎn)生一個1計數(shù)器清零這樣就構(gòu)成了一個60進制的計數(shù)器，然后將第4個芯片的QB和QC邏輯與過之后的結(jié)果作為第3個芯片的脈沖輸入，這樣秒位每走60秒就向分的個位進1。以下類推即可。由74LS192構(gòu)成的

13、三十進制遞減計數(shù)器如下圖2-4所示 CP輸入 圖2-4 8421BCD三十遞減計數(shù)器其預(yù)置數(shù)為N=（00101001）= (29)10。它的計數(shù)原理是 : 只有當(dāng)?shù)臀?端發(fā)出借位脈沖時 , 高位計數(shù)器才作減計數(shù)。當(dāng)高、低位計數(shù)器處于全零 , 且 為 0 時 , 置數(shù)端 =0, 計數(shù)器完成并行置數(shù) , 在 端的輸入時鐘脈沖作用下 , 計數(shù)器再次進入下一循環(huán)減計數(shù)。 其計數(shù)過程如下：時間走到3小時00分00秒時停止不動，30秒倒計時啟動，將顯示3小時的第一個芯片的QA和QB與非的結(jié)果再非一下然后再和脈沖CP就行邏輯與運算作為30秒倒計時的秒個位的脈沖輸入端，這樣做就可以實現(xiàn)時間走到3時00分00秒

14、停止不動而30秒倒計時啟動，這時秒個位就從9開始計數(shù)倒0然后再從9到 0循環(huán)往復(fù)每次走到0時，借位輸出就輸出一個0作為秒十位的脈沖輸入，秒個位每進行一次循環(huán)秒十位就減1，對于預(yù)置數(shù)則是將秒個位芯片的輸入A和D接1，B和C接地；秒十位的B接1其他接0，這樣預(yù)置數(shù)為29，對于30進制的設(shè)定則是將秒十位的QC和QD通過一個與非門連到芯片的，這樣就連成了一個30進制計數(shù)器。2.3.2 時鐘模塊為了給計數(shù)器74LS192提供一個時序脈沖信號,使其進行減計數(shù),本設(shè)計采用555構(gòu)成的多諧振蕩電路(即脈沖產(chǎn)生電路),其基本電路如圖2-6示.其中555管腳圖如下圖2-5示.由555工作特性和其輸出周期計算公式可

15、知,其產(chǎn)生的脈沖周期為: T=0.7(R1+2R2)C 因此,我們可以計算出各個參數(shù)通過計算確定了R1取15k歐姆,R2取68k歐姆,電容取C為10uF、C1為0.1uF,.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖,且其輸出周期為1秒. 圖2-5 555管腳圖 48162357R1R2CuC 555uoVcc0.1uF10uF68K15K 圖2-6 555多諧振蕩電路圖2.3.3 輔助時序控制模塊為了保證系統(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。從系統(tǒng)的設(shè)計要求可知 , 控制電路要完成以下四項功能 : 操作 “直接清零”開關(guān)時 , 要求3h計數(shù)器可直接清零。 閉合 “啟動

16、” 開關(guān)時 , 計數(shù)器開始計數(shù) , 顯示器顯示0時00分00秒 字樣，然后在時鐘頻率1HZ脈沖的驅(qū)動下以1秒的時間間隔遞增。 當(dāng) “暫停 / 連續(xù)”開關(guān)處于 “暫?！蔽恢脮r , 控制電路封鎖時鐘脈沖信號 CP , 計數(shù)器暫停計數(shù) , 顯示器上保持原來的數(shù)不變 ，“暫停 / 連續(xù)” 開關(guān)處于“連續(xù)”位置時 , 計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。 當(dāng)計數(shù)器遞增到零3時00分00秒( 即定時時間到 ) 時 ,30秒倒計時啟動。而3小時00分00秒不變。當(dāng)30秒遞減到00時，報警電路工作，發(fā)出報警信號。234 譯碼顯示模塊 此模塊主要是由74LS48譯碼器和共陰極七段LED顯示器組成，通過計數(shù)器加到譯碼器，從而實現(xiàn)

17、共陰極七段LED顯示器從30遞減到零的計數(shù)顯示功能。ü 1. 74LS48是七段顯示譯碼器，其管腳圖如下圖2-9所示?，F(xiàn)將各管腳功能介紹一下： 1A、B、C、D是BCD碼的輸入端； 1a,b,c,d,e,f,g是輸出端； 1試燈輸入端：低電平有效。當(dāng)0時， 數(shù)碼管的七段應(yīng)全亮，與輸入的譯碼信號無關(guān)。本輸入端用于測試數(shù)碼管的好壞； 1動態(tài)滅零輸入端：低電平有效。當(dāng)1、0、且譯碼輸入為0時，該位輸出不顯示，即0字被熄滅；當(dāng)譯碼輸入不全為0時，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無效的0。如數(shù)據(jù)0034.50可顯示為34.5； 1滅燈輸入/動態(tài)滅零輸出端：這是一個特殊的端鈕，有時用作輸入，有時用

18、作輸出。當(dāng)作為輸入使用，且0時，數(shù)碼管七段全滅，與譯碼輸入無關(guān)。當(dāng)RBOBI/作為輸出使用時，受控于和：當(dāng)1且0時，0；其它情況下1。本端鈕主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。 圖2-9 74LS48管腳圖ü 2.共陰極七段LED顯示器是較常用的顯示數(shù)碼管，但在使用時要注意的是：1.看清楚自己用的數(shù)碼管是共陰極還是共陽極的（實驗室提供共陰極的），其管腳圖如下圖2-10所示。2.還要注意在數(shù)碼管電路上加上一保護電阻，起限電流的作用。圖2-10 共陰極七段LED顯示器管腳圖 235 開關(guān)控制模塊本實驗中采用RS觸發(fā)器構(gòu)成的防抖動開關(guān)來控制3小時計數(shù)器的直接清零、啟動、暫停和30

19、秒倒計時的中間置數(shù)。當(dāng)開關(guān)S在兩個觸頭之間來回跳動時，其輸出端Q和Q的輸出波形如下圖所示： 由輸出端得波形可知：當(dāng)開關(guān)在接觸點跳動的時，輸出端輸出的是穩(wěn)定的1和0，不會發(fā)生接觸第三章 硬件安裝與調(diào)試3.1 電路的安裝 本實驗硬件安裝平臺為SZ-EC電子綜合實驗儀。其組成部分為十六位LED、8*8點矩陣、IC擴展模塊、電源模塊（±5V±12VAC14VAC16VAC18V）、時鐘源（提供1HZ-24MHZ各種頻率）、單脈沖源（每次產(chǎn)生一個單脈沖，可用于防抖動開關(guān)）、芯片插槽、手動單刀雙擲開關(guān)、邏輯高電平1和邏輯低電平0、可變電阻3個（0-10K歐姆0-100K歐姆0-1M歐姆

20、）、電位器、8個靜態(tài)顯示數(shù)碼管等u 安裝3小時電路將5片74ls192安裝在面板上方，根據(jù)設(shè)計的電路圖將它們的管腳連接好。將4片74ls192接成2個60進制的加法器與1片74LS192連接起來并接入數(shù)碼管，從而實現(xiàn)3小時的計數(shù)功能。接74LS00和74LS08來控制CP的輸入以實現(xiàn)計數(shù)器走了3小時后時間顯示定在3時00分00秒。 u 安裝30秒倒計時電路。將2片74ls192安裝在面板下方，并且連接成30進制，而且同數(shù)碼管連接起來，調(diào)制30秒電路的遞減過程。根據(jù)電路圖，將74ls02和74LS32布置在面板上，為實現(xiàn)30秒倒計到00時介入的報警器報警作準備。u 安裝控制電路。安裝和調(diào)試CP控

21、制電路，接入74ls00，當(dāng)3小時計數(shù)完成時，禁止其CP輸入，同時放行30秒倒計時電路的CP輸入。u 安裝30秒的復(fù)位電路。按接線圖布置好所需芯片的位置，接線并進行 調(diào)試，使對方開始30秒倒計時時，本方復(fù)位到30秒。u 安裝清零電路。將所有的顯示3小時的74ls192置數(shù)端（5個數(shù)碼管的輸入端ABCD都接零）接在一個開關(guān)S1上，其中S1一端接地一端接高電平，S1打到高電平時，由數(shù)碼管顯示為5個零。3.2 電路的調(diào)試調(diào)試時應(yīng)小心謹慎，電路安裝完畢后，首先應(yīng)檢查電路各部分的接線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件的引腳之間有無短路，器件有無接錯。再接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件

22、有無異常現(xiàn)象。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新通電 。通電之后發(fā)現(xiàn)在1HZ脈沖的驅(qū)動下，秒的個位一直顯示0的字樣而不跳動經(jīng)檢查線路的連接沒有任何問題完全準確，只是清零端CR懸空，因為芯片的CR只有來高電平1的時候才清零，在理論上懸空時可以的，但是考慮實際的情形空氣種可能有帶電的微粒存在，所以經(jīng)過討論將CR端用一根線引出來后接地，再次通電發(fā)現(xiàn)秒的個位在1HZ脈沖的作用下每隔1秒跳動一次跳到9時向高位進一位接著又從0開始跳動，如此循環(huán)往復(fù)下去。第四章 實驗體會 本次課設(shè)是本人到目前為止覺得最有意義也是收獲最大的一次實習(xí)。身為電子系的學(xué)生，設(shè)計是我們將來必需的技能。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，再到安裝實際電路，最后到調(diào)試電路、成型。整個過程都需要我充分利用所學(xué)的知識進行思考、借鑒?？梢哉f，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?？偟膩碚f，這次課設(shè)雖然累，但非