數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)籃球比賽30s計(jì)時(shí)器

1、一、設(shè)計(jì)目的1 培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力2 學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知識(shí)解決電子信息方面常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的能力，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自行制作和自行調(diào)試。3 運(yùn)行基本技術(shù)訓(xùn)練，如基本儀器儀表的使用，產(chǎn)業(yè)元器件的識(shí)別、測(cè)量、熟練運(yùn)用的能力，掌握設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)以及使用仿真軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和數(shù)據(jù)處理等。4 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。二、設(shè)計(jì)要求1 30 秒計(jì)時(shí)器具有顯示30 秒的計(jì)時(shí)功能。2 系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接置數(shù)、清零、啟動(dòng)、和暫停功能。3 計(jì)時(shí)器為30 秒遞減計(jì)

2、時(shí)時(shí)，其計(jì)時(shí)間隔為1 秒。4 當(dāng)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，LED 變亮報(bào)警。三、總體設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)的核心部分是要設(shè)計(jì)一個(gè)30s 計(jì)數(shù)器，并且對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中提到的各種控制要求，因此該系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時(shí)序控制電路（簡(jiǎn)稱控制電路）和報(bào)警電路等5 個(gè)部分構(gòu)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)計(jì)數(shù)、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。在操作直接清零開關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼

3、顯示器顯示零。當(dāng)啟動(dòng)開關(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30s字樣；當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開 時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停、連續(xù)開關(guān)撥在暫停位置上時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)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(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖下圖 所示。A*清零 置數(shù)圖1四、單元電路設(shè)計(jì)1、譯碼顯示電路用發(fā)光二極管（LED ）組成字型來(lái)來(lái)顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā) 光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的是 BCD碼， 要想在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)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?jì)算機(jī)

4、輸出的 BCD碼換成7段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進(jìn)制 數(shù)的電路稱為“七段字型譯碼器”因此在本次的設(shè)計(jì)中我們采用了常用的74LS48。在數(shù)字測(cè)量?jī)x表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀地顯示出來(lái)，一方面供人 們直接讀取測(cè)量和運(yùn)算的結(jié)果；另一方 面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。因此，數(shù)字顯 示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分。 數(shù)字顯示電路通常由譯碼器、驅(qū)動(dòng) 器和顯示器 等部分組成，如下圖所示。下面對(duì)顯示器和譯碼驅(qū)動(dòng)器分別進(jìn)行介紹。計(jì)數(shù)器譯碼器驅(qū)動(dòng)器fc,顯示器1*圖2數(shù)碼顯示器是用來(lái)顯示數(shù)字、文字或符號(hào)的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字設(shè)備中，目前數(shù)碼顯示器件正朝著小型、低

5、功耗、平面化方向發(fā)展。數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字形重疊式，它是將不同字符的電極重疊起來(lái)，要顯示某字符，只須使相應(yīng)的電極發(fā) 亮即可，如輝光放電管、邊光顯示管等。第二 種是分段式，數(shù)碼是由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆劃組成，如熒光數(shù)碼管等。第 三種是點(diǎn)陣式，它由一些按一定規(guī)律排列的可發(fā)光的點(diǎn)陣所組成，利用光點(diǎn)的不同組合 便可顯示不同的數(shù)碼，如場(chǎng)致發(fā)光記分牌。數(shù)字顯示方式目前以分段式應(yīng)用最普遍，下圖表示七段式數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合方式，顯示015等阿拉伯?dāng)?shù)字。在實(shí)際應(yīng)用中，1015并不采用，而是用2位數(shù) 字顯示器進(jìn)行顯示。圖3顯示器如前所述，分段式數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合的方式顯

6、示不同數(shù)碼的。因此，為了使數(shù)碼管能將數(shù)碼所代表的數(shù)顯示出來(lái)，必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器點(diǎn) 亮對(duì)應(yīng)的段。例如，對(duì)于8421碼的0011狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為 3,則譯碼驅(qū)動(dòng)器應(yīng)使a、b、c、d、g各段點(diǎn)亮。即對(duì)應(yīng)于某一組數(shù)碼，譯碼器應(yīng)有確定的幾個(gè)輸出端有 信號(hào)輸出，這是分段式數(shù)碼管電路的主要特點(diǎn)。74LS48為4線七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器（BCD輸入，有上拉電阻），其輸出端（Ya -Yg）為高電平有效，可驅(qū)動(dòng)燈緩沖器或共陰極 VLED 。當(dāng)要求輸出0 15時(shí)，消隱輸入（BI）應(yīng)為高電平或開路，對(duì)于輸出為 0時(shí)還要求脈沖消隱輸入（RBI）為高電平或者開路。當(dāng)BI為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如

7、何，YaYg均為低電平。當(dāng)RBI和地址端（A0-A3）均為低電平，并且燈測(cè)試輸入端（LT）為高電平時(shí)，Ya Yg為 低電平，脈沖消隱輸出（RBO）也變?yōu)榈碗娖?。?dāng)BI為高電平或開路時(shí)，LT為低電平可使Ya Yg均為高電平。48與248的引出端排列、功能和電特性均相同，差別僅 在顯示6和9,248所顯示的6和9比48多出上杠和下杠。引出端符號(hào)：A-D譯碼地址輸入端BI/RBO 消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）LT燈測(cè)試輸入端（低電平有效）RBI脈沖消隱輸入端（低電平有效）a-g段輸出Vqq f g a11cde同回同同臼 PH網(wǎng)）E |2| |4| |5|6|B C LT BI

8、/RBO RBI D A GND圖 4 74LS482、脈沖產(chǎn)生電路（555定時(shí)器）555定時(shí)器主要是通過(guò)外接電阻 R和電容器C構(gòu)成充、放電電路，并由兩個(gè)比較器 來(lái)檢測(cè)電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成 從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路、以及多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等脈沖 波形產(chǎn)生和整形電路。NE555為8腳時(shí)基集成電路，各腳主要功能（集成塊圖在下面）1地GND2觸發(fā)3輸出4復(fù)位5控制電壓6門限（閾值）7放電8電源電壓Vcc(1)用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器：用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖(a)所示。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，也不需要外加

9、觸發(fā)信號(hào)，利用電源Vcc通過(guò)Ri和R2向電容器C充電，使uc逐漸升高，升到2Vcc/3時(shí),uo跳變到低電平，放電端D導(dǎo)通,這時(shí),電容器C通過(guò)電阻R2和D端放電，使Uc下降，降到Vcc/3時(shí),uo跳變到高電平，D端截止，電源Vcc又通過(guò)Ri和R2向電容器C充電。如此循環(huán)，振蕩伸DD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，其波或如R2Uc .圖(b)所示76 555 321 5UoC一twi-* tw2一 t- T -Uc4 Vcc ”0Uo*0.01 F(a)(b)圖5輸出信號(hào)Uo的脈寬twi、tw2、周期T的計(jì)算公式如下：twi = 0.7(R 1 + R2)Ct

10、w2=0.7R 2cT = tw1+tw2=0.7(R 1 + 2R2)用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器：用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器如圖(a)所示。將2管腳和6管腳連在一起作為 信號(hào)輸入端即可。在輸入端外接三角波Ui,當(dāng)Ui上升到2Vcc/3時(shí)，輸出Uo從高電平翻轉(zhuǎn) 為低電平；當(dāng)Ui下降到Vcc/3時(shí)，輸出Uo從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。施密特觸發(fā)器將輸入 的三角波整形為矩形波輸出。電路的工作波形如圖(b)所示。2 一一 1 一一 1 一 一回差電壓電壓 U = "3 Vcc 3 Vcc = 3Vcc圖9（3）用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖（a）

11、所示。R、C是定時(shí)元件。輸入脈沖信 號(hào)Ui加于2管腳。輸入觸發(fā)信號(hào)Ui的有效電平是低電平，當(dāng)Ui處于高電平時(shí)，放電端D 導(dǎo)通,Uc和Uo均為低電平，電路為穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸入觸發(fā)信號(hào) Ui的下降沿到來(lái)時(shí)刻，2管腳電 位瞬間低于Vcc/3,使輸出Uo變?yōu)楦唠娖?放電端D截止，電源Vcc通過(guò)電阻R向電容器 C充電，使Uc按指數(shù)規(guī)律上升，電路為暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)Uc上升到2Vcc/3時(shí),使輸出Uo變?yōu)榈?電平,D端導(dǎo)通，電容器C經(jīng)D端迅速放電，暫態(tài)結(jié)束，自動(dòng)恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，為下一個(gè)觸發(fā)脈沖 的到來(lái)作好準(zhǔn)備。波形圖如（b）所示。,+V cc6 55538 4721 5Uo牛 0.01 F(b)(a)輸出脈寬tw是暫穩(wěn)態(tài)的

12、持續(xù)時(shí)間為 tw=1.1RC此電路要求輸入信號(hào)的負(fù)脈沖寬度一定要小于tW3 、計(jì)數(shù)電路（74LS192 ）計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序邏輯部件，它不僅可以用來(lái)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特定的邏輯功能。74LS192 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/ 減計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘），其清除端是異步的。當(dāng)清除端（ MR ）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPD 、 CPU ）狀態(tài)如何，即可完成清除功能；預(yù)置是異步的，當(dāng)置入控制端（PL）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0 Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0P3）相一致的狀態(tài)；計(jì)數(shù)是同步的，靠CPD、CPU 同時(shí)加在4

13、個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3同時(shí)變化，從而 消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用CPD 或CPU ，此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。當(dāng)計(jì)數(shù)上溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TCU ）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPU 低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計(jì)數(shù)下溢出時(shí)，錯(cuò)位輸出端（ TCD ）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPD 低電平部分的低電平脈沖。當(dāng)把 TCD和 TCU 分別連接后一級(jí)的CPD 、 CPU ，即可進(jìn)行級(jí)聯(lián)圖 8 74LS192引出端符號(hào)TCD錯(cuò)位輸出端（低電平有效）TCU進(jìn)位輸出端（低電平有效）CPD減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）CPU加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸

14、入端（上升沿有效）異步清除端MRP0P3并行數(shù)據(jù)輸入端PL異步并行置入控制端（低電平有效）Q0Q3 輸出端4、控制電路（清零、置數(shù)、暫停、報(bào)警）當(dāng)計(jì)數(shù)器74LS192 的清零端CLR=1 有效時(shí)， 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路進(jìn)行清零；而當(dāng)清零端無(wú)效，置數(shù)端LOAD=0 有效時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的置數(shù)；通過(guò)接一與非門對(duì)555 脈沖發(fā)生器輸出端的脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行暫停計(jì)時(shí)，為減小開關(guān)按鍵產(chǎn)生的機(jī)械抖動(dòng)對(duì)計(jì)時(shí)電路的影響，應(yīng)接一 RS 鎖存器； 當(dāng)計(jì)時(shí)器74LS193 的借位輸出端有效時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。五、總體電路圖DS?DS?AMBERCC1"二/74IVAMBERCCfeabc

15、defgdpagb d-c dpGNDa' b" c"d" e" f" g"74LS48B/R |l I A B C DU?U?A2 66 7OA B C DBQ Q Q Q74LS192(1)NW DD L | A B C D67274LS0274LS02U?A74LS11U?AU?AF g31a b c d e f g74LS48TL A B C DI E FR3 R4O|Oi A B C D c|b| Q Q Q Q 74LS192(2)NWD,UD L A B C D23|3KSPEAKER109六、設(shè)計(jì)總結(jié)在本次的課

16、程設(shè)計(jì)過(guò)自己選題，找材料，分析、設(shè)計(jì)等，也掌一些軟件的操作方法， 這為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊。整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從單一的理論學(xué)習(xí)到解決實(shí)際問(wèn)題的轉(zhuǎn)變。 通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我最大的收獲就是提高了自身的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了我的尋求解決 問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)精神也增強(qiáng)了我其它方面的能力。在設(shè)計(jì)中，我充分應(yīng)用我們所學(xué)的 知識(shí)，例如：集成電路74LS系列、整定時(shí)器555等元件的應(yīng)用。這次實(shí)踐使我受益匪 淺，在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過(guò)程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了我的實(shí)際操作能力。在讓我體會(huì)到設(shè)計(jì)電路艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂(lè)。這次設(shè)計(jì)所用的的工具是protel99 SE 、 EWB, 由于接觸過(guò)這兩個(gè)軟件，所以畫圖和仿真就比較方便，使設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到了保證。課程設(shè)計(jì)提高我的綜合動(dòng)手能力和工程設(shè)計(jì)能力，它使我的理論知識(shí)得到了綜合應(yīng)用，培養(yǎng)我綜合運(yùn)用所學(xué)理論的能力和解決較復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題的能力。電子技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出系統(tǒng)集成化，自動(dòng)化，設(shè)計(jì)自動(dòng)化，用戶專業(yè)化和測(cè)試智能的優(yōu)勢(shì)，作為一個(gè)大學(xué)生。我們必須時(shí)代的發(fā)展，這使我們必須要擴(kuò)展自己的知識(shí)，并利用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助分析和設(shè)計(jì)，這對(duì)我們是有益的。課程設(shè)計(jì)的自主設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)和研究過(guò)程中，通過(guò)寫課程設(shè)計(jì)的總結(jié)報(bào)告，初步訓(xùn)練我的書面表