數(shù)電課程設(shè)計 計時器

1、籃球競賽30s計時器邏輯電路設(shè)計某某學(xué)院本科生課程設(shè)計 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計題目： 籃球競賽30s計時器邏輯電路設(shè)計 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級： 12 信 息 本 學(xué)生姓名： 某某 學(xué) 號： 0014000 指導(dǎo)教師： 張 三（副教授） 2013年12月20日籃球競賽30s計時器邏輯電路設(shè)計 某某 （某某學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，省名 市名 郵編）摘要：基于數(shù)字電路課程設(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)一的環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的環(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、游戲中的倒計時，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通

2、信號控制機、還可以用來做為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會是何其重要的。在籃球比賽中，規(guī)定了隊員的持球時間不能超過30S，否則就犯規(guī)了。本課程設(shè)計的“籃球競賽30S計時器”，可用于籃球比賽中，用于對隊員持球時間30S的限制。一旦隊員的持球時間超過了30S，它自動的報警從而判定此隊員的犯規(guī)。 籃球競賽30S計時器具有計時、暫停、清零、報警的功能，整個電路的設(shè)計借助于Proteus仿真軟件和數(shù)字邏輯電路，并在Proteus下設(shè)計和進行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。再通過實際焊接和調(diào)試來現(xiàn)實實現(xiàn)這些功能。關(guān)鍵詞：計時器；脈沖發(fā)生器；數(shù)碼顯示；清零；報警第一章 設(shè)計任務(wù)籃

3、球競賽30S計時器1. 具有顯示30S計時功能；2設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)功能；3在直接清零時，要求數(shù)碼顯示器滅燈；4計時器為30S遞減計時，計時間隔為1S；5計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時發(fā)出光電報警信號。第二章 方案設(shè)計及比較2.1 設(shè)計方案根據(jù)目前所學(xué)的知識，主要有以下兩種設(shè)計方法（1）.方案一：圖2.1 方案一籃球競賽30S計時器電路（2）.方案二;圖2.2 方案二籃球競賽30S計時器電路2.2 方案比較方案一：雖然元器件也挺多，但對比與方案二更多，而且需要的芯片也更少，這樣所需成本更少，線路更簡單些，焊起來也更快。方案二：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線路

4、很多，用的元器件也比較多，而且要用到兩個555芯片，需要的芯片也更多，這樣在實際焊的過程中工作量比較大。所以，綜合考慮，選擇方案一較好。第三章 單元電路分析與設(shè)計3.1 電路設(shè)計原理籃球競賽30S計時器的總體參考方案框圖如圖 3-1 所示。它包括秒脈沖發(fā)生器，30S計時器，單元譯碼顯示部分，報警電路和外部操作信號五大塊組成，其中外部操作信號包括置數(shù)啟動，暫停和清零電路。圖3.1 籃球競賽30S計時器設(shè)計總框圖3.2 單元模塊3.2.1 脈沖產(chǎn)生電路（555定時器） 555定時器主要是通過外接電阻R和電容器C構(gòu)成充、放電電路,并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的

5、通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路、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腳時基集成電路，各腳主要功能（集成塊圖在下面） 1地 GND 2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用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器：用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖(a)所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號,利用電源VCC通過R1和R2向電容器C充電,使uC逐漸升高,升到2VCC/3時,uO跳變到低電平,放電端D導(dǎo)通,這時,電容通過電阻R2和D端放電,使uC下降,降到VCC/3時,uO跳變到高電平,D端截

6、止,電源VCC又通過R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán),振蕩不停, 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,其波形如圖(b)所示。3.2 脈數(shù)發(fā)生器示意圖輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計算公式如下:tW10.7(R1R2)C （3.2.1 1） tW20.7R2C （3.2.1 2）TtW1tW20.7(R12R2) （3.2.1 3）這里的脈數(shù)發(fā)生器R1 =51 K, R2 = 47 K,C =1 uf周期T = 0.1 s3.2.2 計時器計時器部分由兩片74Ls192和一片74Ls161組成（1）. 74LS161是常用的四位二進制可預(yù)置的同步加

7、法計數(shù)器，它可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能.圖3.3 74Ls161引腳圖管腳圖介紹：時鐘CP和四個數(shù)據(jù)輸入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置數(shù)PE數(shù)據(jù)輸出端Q0Q3圖3.4 74Ls161功能表從74LS161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CR=“0”，計數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個時候為異步復(fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”，CP脈沖

8、上升沿作用后，計數(shù)器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。這里將74Ls161置數(shù)為6，計數(shù)從6到15變成十進制計數(shù)器，脈數(shù)發(fā)生器周期為0.1秒，經(jīng)過74Ls161,每循環(huán)一次，TC進位端發(fā)生一個高信號，于是相當(dāng)于TC端是發(fā)出周期為1秒的脈沖信號。(2).74LS192 為可預(yù)置的十進制同步加/減計數(shù)器（雙時鐘），其清除端是異步的。圖3.5 74Ls192引腳圖引出端符號 TCD 錯位輸出端（低電平有效）TCU 進位輸出端（低電平有效） CPD 減計數(shù)時

9、鐘輸入端（上升沿有效） CPU 加計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效） MR 異步清除端 P0P3 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 輸出端當(dāng)清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（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，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0P3）相一致的狀態(tài)；計數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時加在4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當(dāng)進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPD或CPU，此時另一個時鐘應(yīng)為高電平

10、。 當(dāng)計數(shù)上溢出時，進位輸出端（TCU）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計數(shù)下溢出時，錯位輸出端（TCD）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。 當(dāng)把TCD和TCU分別連接后一級的CPD、CPU，即可進行級聯(lián).74Ls192設(shè)計部分如下：圖3.6 74Ls192設(shè)計高片74Ls192置數(shù)為3，低片74Ls92置數(shù)為0，低位CP接74Ls161的TC（15管腳）。當(dāng)?shù)臀?4Ls92從0減為9時，借位端發(fā)出信號，使高位74Ls92從3到2，低位每計數(shù)十下，高位減一下。3.2.3 單元譯碼顯示部分單元譯碼顯示部分也由兩部分組成，一部分是74Ls48，一

11、部分是共陰數(shù)碼管。（1）. 74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。圖3.7 74LS48引腳圖圖3.8 數(shù)字顯示譯碼器圖3.9 BCD七段譯碼器真值表（2）.共陰數(shù)碼管圖3.10 共陰數(shù)碼管引腳圖譯碼管和數(shù)碼管的連接:圖3.11 單元譯碼顯示部分3.2.4 報警電路圖3.12 光電報警電路BO1為低位74LS192的借位端，BO2為高位74LS192的借位端，到低位從0到9時，BO1發(fā)出“0”信號，但不會使發(fā)光二級管亮燈，只有當(dāng)計數(shù)器見到00時，B01和BO2同時發(fā)出“0”信號，才能使發(fā)光二級管發(fā)光，產(chǎn)生報警作用。3.2.5 外部操作信

12、號外部操作信號由置數(shù)，暫停，清零三部分構(gòu)成。1、操作“清零”開關(guān)，要求計數(shù)器清零，當(dāng)開關(guān)閉合是繼續(xù)工作，開關(guān)打開是使兩片74ls192的清零端為高電位，于是清零端工作。 2、閉合“啟動”開關(guān)，計數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能，顯示器顯示30，斷開“啟動”開關(guān)，計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)。 3、當(dāng)“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于閉合時，發(fā)出低電平，通過與555的輸出端與非，從而使與非后的信號一直為高電位，即脈沖信號失效，顯示器保持不變。當(dāng)此開關(guān)處于打開時，計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。第四章 總原理圖根據(jù)上述設(shè)計思路和參數(shù)設(shè)計得到總電路原理圖：圖4.1 總電路原理圖第五章 實物圖的連接與調(diào)試5.1 實物圖的連接1. 準備數(shù)字電路試

13、驗箱一個，74LS48兩塊、74LS192兩塊 CC4011一塊。2. 檢測各元件邏輯功能的完整性。3. 連接實物電路，按要求進行實驗。5.2 調(diào)試儀器和設(shè)備萬用表 示波器 導(dǎo)線 鑷子5.3 實物圖的調(diào)試(1).連接好實物圖后打開電源，合上置數(shù)開關(guān)S1，結(jié)果如圖5.31顯示圖5.31 實物連接圖(2).發(fā)現(xiàn)計時器計數(shù)太快，周期差不多是0.1秒，發(fā)現(xiàn)電容弄錯了，于是把電容改小了十倍，再測試周期正常為1秒。(3).電路開始倒計時。如圖5.32所示圖5.32 倒計時中5.4 電路的調(diào)試結(jié)果及分析經(jīng)多次調(diào)試后連接5V直流電源后，數(shù)碼管首先顯示數(shù)字為00，閉合置數(shù)開關(guān)，數(shù)字顯示為30，打開置數(shù)開關(guān)，計數(shù)

14、器開始計時，從30一直到00，計數(shù)期間按下暫停鍵，數(shù)碼管顯示不變，打開后繼續(xù)計算，當(dāng)數(shù)碼管到了00時，發(fā)光二極管發(fā)亮同時數(shù)碼管顯示不變，停在00。結(jié)果與設(shè)計要求都符合，說明這次設(shè)計成功。第六章 實驗總結(jié)在本次的課程設(shè)計中通過自己選題，找材料，分析、設(shè)計等，也掌一些軟件的操作方法，這為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊。整個設(shè)計實現(xiàn)了從單一的理論學(xué)習(xí)到解決實際問題的轉(zhuǎn)變。 通過本次的課程設(shè)計，最大的收獲就是提高了自身的動手能力，培養(yǎng)了尋求解決問題的能力和團隊精神,也增強了其它方面的能力。在設(shè)計中，充分應(yīng)用所學(xué)的知識。這次實踐讓人受益匪淺，在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了大家的設(shè)計思維，增強了實際操作能力。在讓大家體會到設(shè)計電路艱辛的同時，更體會到成功的喜悅和快樂。這次設(shè)計所用的的仿真軟件工具是Multisim，總體上感覺Multisim這軟件還不錯，以后多練習(xí)，以便更好的運用。參考文獻1.余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第二版）.高等教育出版社，1999.2.陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗.高等教育出版社，2000.3.唐穎、馬杰、王海云.數(shù)字電路