數(shù) 字 電 路 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告

1、數(shù) 字 電 路課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課題名稱(chēng)：籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器 姓 名：學(xué) 號(hào)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：通信工程1指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)日期：2013年1月5日 摘要：隨著信息時(shí)代的到來(lái)，電子技術(shù)在社會(huì)生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，運(yùn)用模電和數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品成為社會(huì)生活不可缺少的一部分，特別是在各種競(jìng)技運(yùn)動(dòng)中，計(jì)時(shí)器成為檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的一個(gè)重要工具。電子課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是將理論知識(shí)和實(shí)踐能力相統(tǒng)一的一個(gè)環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的一個(gè)環(huán)節(jié)。在許多領(lǐng)域中計(jì)時(shí)器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時(shí)報(bào)警器、游戲中的倒時(shí)器，交通信號(hào)燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機(jī)、還可以用來(lái)做為各種藥

2、丸，藥片，膠囊在指定時(shí)間提醒用藥等等，由此可見(jiàn)計(jì)時(shí)器在現(xiàn)代社會(huì)是何其重要的。在籃球比賽中，規(guī)定了一方的持球時(shí)間不能超過(guò)30秒，否則就被判做犯規(guī)。本課程設(shè)計(jì)的“籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器”，就可用于籃球比賽中，用于對(duì)球員持球時(shí)間30秒進(jìn)行限制。一旦球員的持球時(shí)間超過(guò)了30秒，它自動(dòng)的報(bào)警。本課程設(shè)計(jì)是脈沖數(shù)字電路的簡(jiǎn)單應(yīng)用，設(shè)計(jì)了籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器。它由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和時(shí)序控制電路五個(gè)部分組成。當(dāng)計(jì)數(shù)器接收到秒脈沖后開(kāi)始倒記數(shù)，等遞減到0時(shí)，發(fā)光二極管亮光報(bào)警。通過(guò)控制電路來(lái)完成計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)、計(jì)數(shù)、暫停/繼續(xù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。本電路用兩個(gè)74LS192芯片構(gòu)成

3、遞減計(jì)數(shù)器（30進(jìn)制）；控制電路由74LS00和74LS08構(gòu)成；秒脈沖發(fā)生器由555集成定時(shí)器構(gòu)成；兩個(gè)數(shù)碼管構(gòu)成顯示電路。關(guān)鍵字 : 秒脈沖發(fā)生器 計(jì)時(shí)器 光電報(bào)警 模塊化一、設(shè)計(jì)原理及要求1.1設(shè)計(jì)原理 圖1 籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器原理框圖籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器原理框圖如圖1所示。功能的電路采用模塊化設(shè)計(jì)，分別都有各自的功能?；@球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路、報(bào)警電路等5個(gè)部分組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成30秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停繼續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)啟動(dòng)置數(shù)開(kāi)關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能顯示30秒字樣；當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，

4、計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；暫停繼續(xù)開(kāi)關(guān)連接到連續(xù)計(jì)數(shù)端時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始連續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)連接到暫停計(jì)數(shù)端時(shí)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器遞減到零時(shí)，發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。1.2設(shè)計(jì)要求（1） 具有顯示30秒計(jì)時(shí)功能；（2） 系統(tǒng)設(shè)置外部操作開(kāi)關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能；（3） 計(jì)時(shí)器為30秒遞減計(jì)時(shí)，其計(jì)時(shí)間隔為1秒； （4） 計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。二、電路設(shè)計(jì)(1) 8421BCD碼遞減計(jì)數(shù)器模塊電路本實(shí)驗(yàn)中計(jì)數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制同步加法/減法計(jì)數(shù)器，它采用8421BCD碼二-十進(jìn)制編碼，其功能表如表1所示。7

5、4LS192引腳圖如下所示74LS192引腳圖 表1 74LS192的功能表CPUCPDCR操作××00置數(shù)110加計(jì)數(shù)110減計(jì)數(shù)×××1清零由此看出,當(dāng)LD=1,CR=0,CPD=1時(shí),如果有時(shí)鐘脈沖加到CPU端,則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加法計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)到9時(shí),CO端輸出進(jìn)位下降沿跳變脈沖；當(dāng)LD=1，CR=0，CPU=1時(shí)，如果有時(shí)鐘脈沖加到CPD端，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，BO端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設(shè)計(jì)出三十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，具體電路圖如圖2所示,圖中的Q0-Q7分別接到顯示譯碼器的輸入端，CPD端

6、接到秒脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端。圖中預(yù)置數(shù)為N=（0011000）8421BCD=（30）10，當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器的借位輸出端BO輸出借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器才開(kāi)始進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到高、低位計(jì)數(shù)器都為零時(shí)，高位計(jì)數(shù)器的借位輸出端BO輸出借位脈沖，使置數(shù)端LD=0，則計(jì)數(shù)器完成置數(shù)，在CPD端輸入脈沖的作用下，進(jìn)行下一循環(huán)的減法計(jì)數(shù)。 圖2 三十進(jìn)制減法計(jì)時(shí)器(2) 時(shí)鐘信號(hào)控制電路 圖3時(shí)鐘信號(hào)控制電路圖3是時(shí)鐘脈沖信號(hào) CP 的控制電路 ,控制 CP 的放行與停止。當(dāng)定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，74LS192的借位輸出信號(hào)BO2=1時(shí)，則CLK信號(hào)受“暫停/繼續(xù)”開(kāi)關(guān)S2的控制，當(dāng)S2處于“暫?！蔽恢脮r(shí)，門(mén)U

7、10A輸出0，門(mén)U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)；當(dāng)S2處于“連續(xù)”位置時(shí)，門(mén)U10A輸出1，門(mén)U2A打開(kāi)，放行CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器在CLK作用下，繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，BO2=0，門(mén)U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變。從而實(shí)現(xiàn)了當(dāng)暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)處于暫停狀態(tài)時(shí)，控制電路封鎖計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示原來(lái)的數(shù)，而且保持不變；當(dāng)暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)處于連續(xù)狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)，的功能要求。注意，BO2是脈沖信號(hào)，只有在CPD保持為低電平才能保持不變。(3) 秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊電路NE555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時(shí)器構(gòu)成，其引腳圖如圖4所示。NE555秒脈沖發(fā)生器的

8、周期與其充電的時(shí)間有關(guān)，充電時(shí)間由圖11中的電容C1、電阻R1和R2所決定周期的計(jì)算公式為：T=Ln2(R1+2R2)×C1。本實(shí)驗(yàn)需要的周期是1s，計(jì)算出較為穩(wěn)定的電阻電容值為：R1=15k,R2=68k, C1=10F,C2=10nF。計(jì)算得T=1s。 圖4秒脈沖發(fā)生電路(4) 顯示模塊電路顯示模塊用來(lái)顯示計(jì)時(shí)模塊輸出的即時(shí)計(jì)時(shí)和中途計(jì)時(shí)結(jié)果。是由七段數(shù)碼管構(gòu)成，計(jì)時(shí)模塊輸出計(jì)時(shí)信號(hào)通過(guò)譯碼器譯碼由數(shù)碼管顯示出來(lái)。如圖5所示。 圖5顯示譯碼電路(5) 光報(bào)警模塊當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零 ( 即定時(shí)時(shí)間到 ) 時(shí) , 控制電路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào) , 使計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時(shí)報(bào)警電路

9、工作。如圖6所示。 當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí),兩計(jì)數(shù)器借位端輸出多為低（0）,故本設(shè)計(jì)將高位片借位反饋到二極管負(fù)極性端,此時(shí)+5V電源經(jīng)1k電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報(bào)警信號(hào),完成報(bào)警功能,而在遞減計(jì)數(shù)時(shí),端輸出為高（1）,二極管不報(bào)警。 +5V 600 BO2 圖6發(fā)光報(bào)警電路三、 性能的測(cè)試(1) 秒脈沖信號(hào)發(fā)生電路的仿真將秒信號(hào)發(fā)生器接到示波器上，如圖7所示。觀察輸出波形，如圖8所示。 圖7秒脈沖信號(hào)發(fā)生器仿真圖8秒脈沖信號(hào)的波形圖(2) 30秒置數(shù)仿真測(cè)試 啟動(dòng)S1（低電平）成置數(shù)功能 , LD置為低電平出現(xiàn)30秒字樣 ; 斷開(kāi)S1（高電平），LD置為高電平，計(jì)數(shù)器開(kāi)始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)，如圖9所示。圖9

10、 30秒置數(shù)仿真測(cè)試(3) 暫停/繼續(xù)仿真測(cè)試 當(dāng)暫停/繼續(xù)開(kāi)關(guān)S2處于暫停位置（低電平）時(shí)，控制電路封鎖計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示原來(lái)的數(shù)，而且保持不變，如圖10所示；當(dāng)暫停/繼續(xù)開(kāi)關(guān)S2處于連續(xù)位置（高電平）時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)如圖11所示 圖10暫停仿真測(cè)試 圖11連續(xù)仿真測(cè)試(4) 報(bào)警電路的仿真當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到狀態(tài)“00”時(shí)，高位片的借位輸出端BO產(chǎn)生低電平借位脈沖信號(hào)，由此導(dǎo)通發(fā)光二極管產(chǎn)生光報(bào)警信號(hào)。圖12報(bào)警電路的仿真四、設(shè)計(jì)體會(huì) 本次課程設(shè)計(jì)是我到目前為止覺(jué)得最有意義也是收獲最大的一次學(xué)習(xí)。設(shè)計(jì)是我們將來(lái)必需的技能，而這次課設(shè)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的平臺(tái)。從通過(guò)理

11、論設(shè)計(jì)，到仿真軟件仿真，最后到確定具體方案，整個(gè)過(guò)程都需要我充分利用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行思考、借鑒。可以說(shuō)，本次課設(shè)是針對(duì)前面所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行的一次比較綜合的檢驗(yàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，這次課設(shè)雖然累，但非常充實(shí)。 在這次課程設(shè)計(jì)中，正確的思路是很重要的，只有你的設(shè)計(jì)思路是正確的，那你的設(shè)計(jì)才有可能成功。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)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?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的查找資料和思考問(wèn)題，最終把設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)出來(lái)了。其中在查找資料的過(guò)程中收獲頗豐，在這個(gè)過(guò)程中使我學(xué)會(huì)了如何查找文獻(xiàn)資料并運(yùn)用到自己的方案中去。經(jīng)過(guò)一番深思熟慮后設(shè)計(jì)出比較實(shí)用的電路圖，然后用仿真軟件進(jìn)行仿真。在仿

12、真的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，并通過(guò)自己的努力最終解決了出現(xiàn)的各種問(wèn)題，在這解決問(wèn)題的過(guò)程中使我學(xué)到了許多以前不太了解的知識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了思考問(wèn)題的習(xí)慣，經(jīng)過(guò)一番奮斗后，仿真的結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。在連接實(shí)物圖的過(guò)程中須得步步為營(yíng)，若是一著不慎連錯(cuò)了后果是很?chē)?yán)重的，不好檢查線路，因此連線時(shí)須的小心再小心。經(jīng)過(guò)最后的努力，終于把實(shí)物圖所產(chǎn)生的結(jié)果與仿真一致。要做好本次的課程設(shè)計(jì)，熟練地掌握課本上的理論知識(shí)是前提。這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行一定的分析和解決。當(dāng)然能完成本次設(shè)計(jì)，更離不開(kāi)老師辛勤地指導(dǎo)，感謝老師的指導(dǎo)！ 五、 結(jié)論本設(shè)計(jì)主要通過(guò)模塊化思想，逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需達(dá)到的功能要求：時(shí)鐘模塊為減計(jì)數(shù)

13、提供一個(gè)頻率為1Hz的脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)間隔為1秒鐘；計(jì)數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達(dá)到能顯示減計(jì)數(shù)功能；報(bào)警模塊是為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)減計(jì)數(shù)到零時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)；控制模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)、直接清零和暫停/連續(xù)功能，其中在直接清零時(shí)，由外控制開(kāi)關(guān)控制譯碼器消隱端，從而可以實(shí)現(xiàn)顯示譯碼器滅燈；通過(guò)暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)從而實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)計(jì)時(shí)功能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本設(shè)計(jì)方案基本完成了設(shè)計(jì)的要求，總的來(lái)說(shuō)該方案是十分可行的，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，條理清晰，結(jié)果符合要求。但是由于產(chǎn)生的脈沖信號(hào)不易保持以及產(chǎn)生的秒脈沖信號(hào)不夠穩(wěn)定和精確的原因還存在著報(bào)警時(shí)間過(guò)短和計(jì)數(shù)時(shí)間不夠精確的缺陷，可以通過(guò)用分頻電路來(lái)代替555信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈沖計(jì)時(shí)信號(hào)，來(lái)進(jìn)一步改善電路計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性；對(duì)產(chǎn)生的借位脈沖信號(hào)時(shí)間過(guò)短的原因可以用展寬電路把脈沖擴(kuò)展到足夠?qū)挘拱l(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光。參考文獻(xiàn)1.王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（脈沖與數(shù)字電路第三版）.高等教育出版社.19992.高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社.20023.劉修文主編.是用電子電路設(shè)計(jì)制作.中國(guó)電力出版社，20054.朱定華主編.電子電路測(cè)試與實(shí)驗(yàn).清華大學(xué)出版社，20045.路勇主編.電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真.北京交通大學(xué)出版社，2004附錄I 總電路