數(shù)字電路課程設(shè)計彈道設(shè)計

1、淮海工學(xué)院課程設(shè)計報告書 課程名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計（二）題 目： 彈道計時器設(shè)計 系 （院）： / 學(xué) 期： 2010-2011-1 專業(yè)班級： 88姓 名： 999999 學(xué) 號： 555555 評語：成績：簽名：日期：一、所選課題： 彈道計時器的設(shè)計二、任務(wù)與要求設(shè)計一個用來測量手槍子彈等發(fā)射物速度的便攜式電池供電計時器，這種計時器可用來測定子彈或其他發(fā)射物的速度。競賽射手通常用這種設(shè)備來測定裝備的性能?；静僮饕笫牵荷涫衷趦蓚€分別產(chǎn)生起始測量脈沖和終止測量脈沖的光敏傳感器上方射出一個發(fā)射物，兩個光傳感器（本例中假定為陰影傳感器）分開放置，兩者之間的距離已知。發(fā)射物在兩個傳感器之間的飛

2、行時間直接與發(fā)射物的速度成正比。如下圖所示，當(dāng)子彈等發(fā)射物從上方經(jīng)過起始傳感器產(chǎn)生ST信號，經(jīng)過終止傳感器時產(chǎn)生SP信號。傳感器之間的距離是固定的。通過測量子彈等發(fā)射物經(jīng)過傳感器之間的時間T就可計算出子彈的速度V=S/t。圖1三、方案制定使用中規(guī)模集成電路設(shè)計彈道計時器。此方案中主要用到555定時器、十進(jìn)制計數(shù)器、譯碼器、七段數(shù)碼管以及一些小型門電路和觸發(fā)器等。四、彈道計時器的原理運(yùn)用中規(guī)模集成電路設(shè)計本課題要分為一下幾點(diǎn)：（1）傳感器對計數(shù)器的控制。在傳感器的選擇上，要注意傳感器的輸出信號能否直接控制下一級電路。此論文中采用天幕靶控制計數(shù)器的工作與停止。天幕靶是一種光電傳感器，它能將光信號轉(zhuǎn)

3、變成電信號，在子彈遮蔽第一個天幕靶時，即會產(chǎn)生一個脈沖，此脈沖帶動計數(shù)器工作，在子彈遮蔽下一個天幕靶時又產(chǎn)生一個脈沖，讓計數(shù)器停止工作。若將此脈沖作為使能信號，就必須使其從子彈到達(dá)第一個天幕靶一直維持到子彈到達(dá)第二個天幕靶。由此便想到了利用觸發(fā)器的特性達(dá)到此要求。（2）脈沖發(fā)生器的設(shè)計。用石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成時鐘脈沖。因?yàn)?55定時器組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率只有500KHz，而本設(shè)計要求脈沖頻率較高，故采用石英晶體振動器。（3）計數(shù)器及其顯示問題。常用的十進(jìn)制計數(shù)器有74LS160、74LS192等。顯示部分一般選用7448驅(qū)動七段共陰LED。假定需要4個十進(jìn)制計數(shù)器級聯(lián)構(gòu)成。并且計

4、數(shù)器要配以清零電路，在一次測量完成后要按下清零鍵才能進(jìn)行下一次的測量。方波信號發(fā)生器起始終止傳感器CPSTSP控制電路計數(shù)電路七段數(shù)碼管圖2原理框圖五、各單元電路的設(shè)計1、傳感器天幕靶是一種以光電轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，用于探測飛行彈丸到達(dá)空間某一預(yù)定位置時刻的儀器，主要由天幕鏡頭、光電轉(zhuǎn)換器件、狹縫光闌以及處理電路等組成。在室外工作時，天幕靶以天空為背景，由于狹縫光闌的作用，天幕鏡頭的視場為有一定厚度的扇形，通常稱之為“天幕”。一旦彈丸進(jìn)入該天幕，遮住天幕投射到狹縫的部分光能使光電轉(zhuǎn)換器件上的光電流發(fā)生變化，該變化信號經(jīng)處理電路放大、整形后輸出一個脈沖信號。用兩臺天幕靶與一臺計時儀配合組成測速系統(tǒng)，即可

5、測量彈丸的飛行速度，如圖1所示。當(dāng)彈丸穿過天幕靶的扇形天幕時，計時儀在脈沖信號的觸發(fā)下開始計時；當(dāng)彈丸穿過天幕靶的扇形天幕時，天幕靶向計時儀發(fā)出一脈沖信號，使計時儀停止計時。由此，計時儀給出彈丸飛行間距為S的兩個扇形天幕的時間t，則彈丸在此距離S內(nèi)的平均速度為2、控制電路此部分電路采用觸發(fā)器為核心構(gòu)成。以下為觸發(fā)器相關(guān)資料：在某些應(yīng)用場合下，需要這樣一種邏輯功能的觸發(fā)器，當(dāng)控制信號T=1時每來一個時鐘信號它的狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次；而當(dāng)T=0時，時鐘信號到達(dá)后它的狀態(tài)保持不變。具備這種邏輯功能的觸發(fā)器稱為觸發(fā)器。它的特性表如下：TQ000011101110從上表可以寫出觸發(fā)器特性方程為：邏輯符號如下：

6、圖3，由JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器事實(shí)上只要將JK觸發(fā)器的兩個輸入端連在一起作為T端，就可以構(gòu)成T觸發(fā)器。正因如此，在觸發(fā)器的定型產(chǎn)品中通常沒有專門的T觸發(fā)器。為了達(dá)到觸發(fā)器的效果，在電路T端前加裝反相器即可。圖4，控制電路示意圖3、脈沖發(fā)生器電路由于晶片的等效動態(tài)電感很大,而動態(tài)電容C 很小,損耗電阻r 也很小,因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q 很大,一般可達(dá)數(shù)量級以上,還由于晶片本身諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸大小等有關(guān),而且石英晶片的機(jī)械性能十分穩(wěn)定,做工精細(xì),因此利用石英晶體組成的振蕩電路可以獲得很高的頻率精確度和穩(wěn)定度,完全可以滿足絕大多數(shù)模擬和數(shù)字系統(tǒng)對頻率精確度和穩(wěn)定度的要

7、求。查閱資料后決定選取頻率為25MHz的石英晶體振蕩器HC-49/U 25MHz。構(gòu)成如下電路圖，為本實(shí)驗(yàn)的脈沖發(fā)生電路。圖5，脈沖發(fā)生電路4、計數(shù)電路計數(shù)電路采用六片74LS160芯片構(gòu)成。四片74LS160級聯(lián)構(gòu)成一百萬進(jìn)制計數(shù)器，如圖6所示（只畫出個位和十位兩片）。此電路中采用并行進(jìn)位方式接法，以第一片的進(jìn)位輸出C作為第二片的EP和ET輸入，每當(dāng)?shù)谝黄嫵?（1001）時C變?yōu)?，下一個CLK信號到達(dá)時第二片為計數(shù)工作狀態(tài)，計入1，而第一片計成0（0000），它的C端回到低電平。第一片的EP和ET受傳感器經(jīng)觸發(fā)器產(chǎn)生的控制信號控制，當(dāng)控制信號為1時開始計數(shù)；控制信號變?yōu)?時，停止計數(shù)并保

8、持，此時顯示器顯示當(dāng)前數(shù)值。圖6計數(shù)器連接示意圖5、譯碼顯示電路譯碼器的功能是將輸入的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為高低電平輸出。譯碼電路的功能是將秒、分、時計數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有7448等。7448是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，輸出高電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。若將秒、分、時計數(shù)器的每位輸出分別送到相應(yīng)七段譯嗎管的輸入端，便可以進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。在譯碼管輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻R作為限流電阻。下圖為7448驅(qū)動的譯碼顯示電路：圖7，7448驅(qū)動的譯碼顯示電路，6、彈道計時器總電路原理說明：由天幕靶采集的高電平脈沖信號從如圖左

9、下角輸入端接入T觸發(fā)器，因?yàn)橛|發(fā)器使能端一直為0，則觸發(fā)器不會跳變，保持到下一個采集信號到來。在此期間，74LS160計數(shù)器計數(shù)高頻脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖用來計時，結(jié)果經(jīng)過顯示譯碼器譯碼由七段數(shù)碼管顯示。六、元器件清單1) 7段數(shù)碼管4個；2) 74LS160D計數(shù)器4個；3) 74LS48D顯示譯碼器4個；4) 74LS76D觸發(fā)器(JK)一個；5) 74LS04D反相器2個；6) HC-49/U_25MHz晶振1個；7) 電阻、電容若干個；七、心得體會剛開始拿到課題的時候，我是一籌莫展，不知如何下手。通過這幾個星期的課程設(shè)計，我對如何設(shè)計一個數(shù)字電路有了相當(dāng)?shù)牧私?，也有許多感觸。作為一名

10、大三學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計是十分有意義。在已度過的近三年大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去面對現(xiàn)實(shí)中的各種電路設(shè)計？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實(shí)踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺。通過這次的課程設(shè)計，加強(qiáng)了我的動手能力，提高了我的運(yùn)用知識解決問題的能力。在本次課程設(shè)計中我做的題目是：彈道計時器的設(shè)計。在整個方案設(shè)計中，我運(yùn)用了數(shù)字電子的相關(guān)知識觸發(fā)器和晶振電路。沒有知識是從天而降的，沒有獲得不需要付出。我這學(xué)期學(xué)習(xí)了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的知識，但是知識繁多，在課堂上不能一一弄懂、弄精，這一次的課程設(shè)計

11、給了我機(jī)會，讓我更加深刻的對模電知識有了深刻的學(xué)習(xí)和認(rèn)識。在我拿到題目時，當(dāng)時我覺得這題目很簡單，沒有什么大不了的，不就是一個一計數(shù)器的設(shè)計么，還能難住我？所以在設(shè)計過程中，我把數(shù)字電路書上的相關(guān)內(nèi)容如：譯碼器、顯示器、觸發(fā)器等都看了一遍，而且我也去圖書館找了一些關(guān)于相關(guān)設(shè)計的書來仔細(xì)研究。通過認(rèn)真看書與仔細(xì)研究，我終于對如何設(shè)計一個計時器有了眉目，并且想了一些比較可行的方案。這次課程設(shè)計使我發(fā)現(xiàn)了自身存在的許多不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣，我想這將對我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。其次，這次課程設(shè)計讓我充分認(rèn)識到團(tuán)隊合作的重要性，只有分工協(xié)作才能保證整個項目的有條不絮。另外在課程設(shè)計的過程中，當(dāng)我們碰到不明白的問題時，指導(dǎo)老師總是耐心的講解，給我們的設(shè)計以極大的幫助，使我們獲益匪淺。因此非常感謝老師的教導(dǎo)。通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。我覺得作為一名電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，這次課程設(shè)計是很有意義的。更重要的是如何把自己平時所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際中。總之，這次課程設(shè)計，我學(xué)到了很多很多。也感謝有這么