籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、*學(xué)院（論文）華僑大學(xué)廈門(mén)工學(xué)院數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目： 籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器專業(yè)、班級(jí)：13級(jí)光電2班 學(xué)生姓名： 周大東 學(xué) 號(hào)： 1302502038 指導(dǎo)教師： 楊藝敏 2015年 月 日籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器摘要：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。此計(jì)時(shí)器功能齊全，可以直接清零、啟動(dòng)、暫停和連續(xù)以及具有光電報(bào)警功能，同時(shí)應(yīng)用了七段數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間。此計(jì)時(shí)器有了啟動(dòng)、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)計(jì)時(shí)功能，當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，會(huì)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)完成的中途計(jì)時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)了在許多的特定場(chǎng)合進(jìn)行時(shí)間追蹤的功能，在社會(huì)生活中也具有廣泛的應(yīng)

2、用價(jià)值。此計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下3個(gè)組成，即計(jì)時(shí)模塊、控制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計(jì)此計(jì)時(shí)器時(shí)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)起來(lái)更加簡(jiǎn)單、方便、快捷。此電路是以時(shí)鐘產(chǎn)生，觸發(fā)，倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，譯碼顯示為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造主體電路和輔助電路兩個(gè)部分。關(guān)鍵詞： 計(jì)時(shí)器 ； 光電報(bào)警 ； 模塊化. 計(jì) 時(shí) 器 概 述：1.1 計(jì)時(shí)器的特點(diǎn)及應(yīng)用 隨著社會(huì)文明的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的電子技術(shù)在各個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域占有不可或缺地位。在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展進(jìn)程中，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。而計(jì)時(shí)器恰恰是數(shù)字電子技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，計(jì)時(shí)器是一個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)

3、序部件，它不僅可以用來(lái)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，還常用來(lái)做數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻，執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算，以及其他特定的邏輯功能等等。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1.2.1基本要求：（1）具有顯示30秒的計(jì)時(shí)功能。計(jì)時(shí)器為30秒遞減計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)間隔為1秒。（2）設(shè)置外部開(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)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示不能滅，同時(shí)發(fā)出光報(bào)警信號(hào)。1.2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)： （1） 根據(jù)原理圖分析各單元電路的功能； （2） 熟悉電路中所用到的各集成塊的管腳及其功能； （3） 進(jìn)行電路的裝接、調(diào)試，直到電路能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)要求； （4） 寫(xiě)出完整、詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 1.2.3 主要

4、參考器件： NE555 74LS161（1） 74LS192（2）21 設(shè)計(jì)原理 30秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如圖2-1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助時(shí)序控制電路（簡(jiǎn)稱控制電路）等五個(gè)模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成30秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時(shí)時(shí)間到報(bào)警等功能。秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器譯碼顯示控制電路報(bào)警電路外部操作開(kāi)關(guān)圖2-1 30秒計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計(jì)對(duì)此信號(hào)要求并不太高，故電路可采用555集成電路或由TTL

5、與非門(mén)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(bào)警電路在實(shí)驗(yàn)中可用發(fā)光二極管代替。 22 設(shè)計(jì)方案分析設(shè)計(jì)任務(wù)，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30s計(jì)時(shí)功能，而控制電路具有直接控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)、暫停連續(xù)計(jì)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(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。在操作直接清零開(kāi)關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖時(shí)鐘信號(hào)CP，同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示“30”字樣；當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在暫停位置上時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)

6、，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在連續(xù)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示。籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)電路如圖2-2所示。如果根據(jù)實(shí)驗(yàn)所提供的參考器件，還可在秒脈沖發(fā)生模塊上做些變化，前者產(chǎn)生的脈沖周期直接是1秒；如果讓其產(chǎn)生的秒脈沖頻率為10Hz，觸發(fā)脈沖輸出的方波周期為0.1秒，再將該脈圖2-2 籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器沖信號(hào)送到由74LS161構(gòu)成的分頻器，由74LS161輸出的脈沖周期為1秒，再將該信號(hào)送到計(jì)數(shù)器74LS192的CP減計(jì)數(shù)脈沖端。如此就可得到兩個(gè)方案，由于兩方案原理相同，故本設(shè)計(jì)只采用方案一所述，即直接由555多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖周期為1秒的脈沖。其電路如圖2-2

7、所示。 23 單元模塊2.3.1 8421BCD碼遞減計(jì)數(shù)器模塊計(jì)數(shù)器選用匯總規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)便，74LS192是十進(jìn)制可編程同步加鎖計(jì)數(shù)器，它采用8421碼二-十進(jìn)制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加鎖計(jì)數(shù)功能。圖2-3是74LS192外引腳及時(shí)序波形圖。圖中、分別是加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)的時(shí)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(jìn)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)輸入殿，Q3-Q0是輸出端。74192的功能表見(jiàn)下表2-1所示。其工作原理是：當(dāng)=1，CR=0時(shí)，若時(shí)鐘脈沖加到端，且=1 圖2-3 74LS192

8、外引腳及時(shí)序波形圖圖2-3 74LS192外引腳及時(shí)序波形圖CPULDRD功 能1xxxxx00010111清零 零零置數(shù) 數(shù)加法計(jì)數(shù)減法計(jì)數(shù)CPD則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計(jì)數(shù)功能，當(dāng)加計(jì)數(shù)到9時(shí)，端發(fā)出進(jìn)位下跳變脈沖；若時(shí)鐘脈沖加到端，且 =1，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計(jì)數(shù)功能，當(dāng)減計(jì)數(shù)到0時(shí)， 端發(fā)出借位下跳變脈沖。由74LS192構(gòu)成的三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器如下圖2-4所示 圖2-4 8421BCD三十遞減計(jì)數(shù)器其預(yù)置數(shù)為N=（00110000）= (30)10。它的計(jì)數(shù)原理是 : 只有當(dāng)?shù)臀?端發(fā)出借位脈沖時(shí) , 高位計(jì)數(shù)器才作減計(jì)數(shù)。當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器處于全零 , 且 為 0

9、時(shí) , 置數(shù)端 =0, 計(jì)數(shù)器完成并行置數(shù) , 在 端的輸入時(shí)鐘脈沖作用下 , 計(jì)數(shù)器再次進(jìn)入下一循環(huán)減計(jì)數(shù)。 2.3.2 時(shí)鐘模塊為了給計(jì)數(shù)器74LS192提供一個(gè)時(shí)序脈沖信號(hào),使其進(jìn)行遞減計(jì)數(shù),本設(shè)計(jì)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(jì)算公式可知,其產(chǎn)生的脈沖周期為: T=0.7(R1+2R2)C 。 因此,我們可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)通過(guò)計(jì)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

10、48162357R1R2CuC555uoVcc0.1uF10uF68K15K 圖2-6 555多諧振蕩電路圖2.3.3 輔助時(shí)序控制模塊為了保證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 , 在設(shè)計(jì)控制電路時(shí) , 應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可知 , 控制電路要完成以下四項(xiàng)功能 : 操作 “直接清零”開(kāi)關(guān)時(shí) , 要求計(jì)數(shù)器滅燈。 閉合 “啟動(dòng)” 開(kāi)關(guān)時(shí) , 計(jì)數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能 , 顯示器顯示 30 秒字樣 ; 斷開(kāi)“啟動(dòng)”開(kāi)關(guān)時(shí) , 計(jì)數(shù)器開(kāi)始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。 當(dāng) “暫停 / 連續(xù)”開(kāi)關(guān)處于 “暫?！蔽恢脮r(shí) , 控制電路封鎖時(shí)鐘脈沖信號(hào) CP , 計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù) , 顯示器上保持原來(lái)的數(shù)不變 ，“暫

11、停 / 連續(xù)” 開(kāi)關(guān)處于“連續(xù)”位置時(shí) , 計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。 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)警電路工作。如圖2-7所示. 圖2-7 光電報(bào)警電路當(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. 圖 2-8 輔助時(shí)序控制電路圖（時(shí)鐘信號(hào)控制電路） 接 74LS192 的預(yù)置數(shù)控制端, 當(dāng)開(kāi)關(guān) 合上時(shí) , =0,74LS192 進(jìn)行置數(shù) ; 當(dāng) 斷開(kāi)時(shí), =

12、1,74LS192 處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài) , 從而實(shí)現(xiàn)功能的要求，當(dāng)然本設(shè)計(jì)只要將啟動(dòng)信號(hào)直接加到置數(shù)端，見(jiàn)圖2-2。圖2-8 是時(shí)鐘脈沖信號(hào) CP 的控制電路 ,控制 CP 的放行與禁止。當(dāng)定時(shí)時(shí)間未到時(shí) ,74LS192 的借位輸出信號(hào)路 , =1, 則 CP 信號(hào)受 “暫停 / 連 續(xù)” 開(kāi)關(guān)的控制 , 當(dāng)處于“暫?！?位置時(shí) ,門(mén) 輸出 0, 門(mén) 關(guān)閉 , 封鎖 CP 信號(hào) , 計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù) ; 當(dāng) 處于 “連續(xù)”位置時(shí) , 門(mén) 輸出 1, 門(mén) 打開(kāi) , 放行 CP 信號(hào) , 計(jì)數(shù)器在 CP 作用下 , 繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。 當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí) =0, 門(mén) G2 關(guān)閉, 封鎖 CP 信號(hào), 計(jì)數(shù)器

13、保持零狀態(tài)不變。從而實(shí)現(xiàn)了功能、的要求。注意 ,是脈沖信號(hào) , 只有在 保持為低電平時(shí),輸出的低電平才能保持不變。至于功能的要求, 可通過(guò)控制 74LS192 的異步清零端CR 實(shí)現(xiàn) ( 圖中未畫(huà)出 ) 。 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(guò)計(jì)數(shù)器加到譯碼器，從而實(shí)現(xiàn)共陰極七段LED顯示器從30遞減到零的計(jì)數(shù)顯示功能。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： A、B、C、D是BCD碼的輸入端； a,b,c,d,e,f,g是輸出端； 試燈輸入端：低電平有效。當(dāng)0時(shí)， 數(shù)碼管的七段應(yīng)全亮，與輸入的譯碼

14、信號(hào)無(wú)關(guān)。本輸入端用于測(cè)試數(shù)碼管的好壞； 動(dòng)態(tài)滅零輸入端：低電平有效。當(dāng)1、0、且譯碼輸入為0時(shí)，該位輸出不顯示，即0字被熄滅；當(dāng)譯碼輸入不全為0時(shí)，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無(wú)效的0。如數(shù)據(jù)0034.50可顯示為34.5； 滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出端：這是一個(gè)特殊的端鈕，有時(shí)用作輸入，有時(shí)用作輸出。當(dāng)作為輸入使用，且0時(shí)，數(shù)碼管七段全滅，與譯碼輸入無(wú)關(guān)。當(dāng)RBOBI/作為輸出使用時(shí)，受控于和：當(dāng)1且0時(shí)，0；其它情況下1。本端鈕主要用于顯示多位數(shù)字時(shí)，多個(gè)譯碼器之間的連接。 圖2-9 74LS48管腳圖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(shí)要注意的是：1.看清楚自己用的

15、數(shù)碼管是共陰極還是共陽(yáng)極的，最好在焊之前用萬(wàn)電用表測(cè)一下它的極性，其管腳圖如下圖2-10所示，如果為共陰極的，其管腳COM端接地；如果為共陽(yáng)極的，起管腳COM段要接高電平。2.還要注意在數(shù)碼管電路上加上一保護(hù)電阻，起限電流的作用。圖2-10 共陰極七段LED顯示器管腳圖 設(shè)計(jì)體會(huì)：這次的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，是我感受最深收獲最大的一次。作為一個(gè)電子系的學(xué)生，設(shè)計(jì)肯定是我們以后的發(fā)展方向。這正好是一次最好的理論結(jié)合實(shí)踐。從通過(guò)理論設(shè)計(jì)，到仿真軟件仿真，再到確定具體方案，再到安裝實(shí)際電路，最后到調(diào)試電路、成型。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。這次的設(shè)計(jì)可以說(shuō)是對(duì)目前學(xué)習(xí)知識(shí)最全面的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)

16、程很復(fù)雜很累，但是更覺(jué)得充實(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，構(gòu)想思路很重要，稍微一個(gè)小錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致后面一大不餓錯(cuò)誤，因此在這之前我查閱了很多相關(guān)的資料書(shū)籍。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中最難得要屬安裝、焊接過(guò)程了，這是是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過(guò)程，對(duì)電路的安裝、焊接、分析、調(diào)試要循序漸進(jìn)，不能急躁。因?yàn)樵诜抡孳浖陷^理論上還是存在一定的差距，仿真能出來(lái)結(jié)果的在實(shí)際電路不一定就能出來(lái)，這就需要我們有耐心，尋找一個(gè)比較正確的調(diào)試方法。要做好本次的課程設(shè)計(jì)，熟練掌握課本理論知識(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。能完成本次設(shè)計(jì)，離不開(kāi)老師辛勤地指導(dǎo)幫助，老師能在百忙中來(lái)指導(dǎo)我，使我能更好地完成設(shè)計(jì)。總之，感謝老師的指導(dǎo)！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)鐘模塊為遞減計(jì)數(shù)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)到能顯示遞減計(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