1、2009級(jí)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課題名稱 籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器姓 名學(xué) 號(hào) 院、系、部電氣系專 業(yè)電子信息工程指導(dǎo)教師2011年6月28日籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)摘要計(jì)時(shí)器在人類生活中有著非常重要而廣泛的應(yīng)用，古時(shí)候人們就開(kāi)始用沙漏和水漏做定時(shí)工具，隨著科技和社會(huì)的發(fā)展，人們開(kāi)始用全新的方法來(lái)改造計(jì)時(shí)器以達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的目的。籃球競(jìng)賽計(jì)時(shí)器就是一種典型的計(jì)時(shí)器的應(yīng)用。在籃球比賽中規(guī)定球友持球的時(shí)間不能超過(guò)30秒，否則就是犯規(guī)。本課程設(shè)計(jì)的“籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器”，可用于籃球比賽中，用于對(duì)球員持球時(shí)間進(jìn)行30秒限制，一旦球員持球的時(shí)間超過(guò)了30秒，它將自動(dòng)報(bào)警從而判定刺球員的犯規(guī)

2、。本文設(shè)計(jì)用的是實(shí)現(xiàn)以中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器的方法，它是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。它是由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路、計(jì)數(shù)電路、譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示電路、報(bào)時(shí)電路及電源電路組成。時(shí)鐘脈沖采用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路產(chǎn)生，通過(guò)EDA軟件Multisim10繪制了電子電路仿真原理圖，并進(jìn)行仿真，同時(shí)用萬(wàn)能板焊接制作了硬件實(shí)現(xiàn)電路。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

3、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)范以及使用仿真軟件、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)要求本設(shè)計(jì)主要能完成：顯示30秒倒計(jì)時(shí)功能；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；在直接清零時(shí)，數(shù)碼管顯示器滅燈，計(jì)時(shí)器30秒遞減計(jì)時(shí)其計(jì)時(shí)間隔為1秒；計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)等。3、 設(shè)計(jì)方案及原理框圖 1.電路設(shè)計(jì)方案 用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供時(shí)鐘秒脈沖。555定時(shí)器應(yīng)用為多諧振蕩電路時(shí)，當(dāng)電源接通Vcc通過(guò)電阻R1、R

4、2向電容C充電，其上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)u上升至2/3Vcc，會(huì)使比較器C1輸出翻轉(zhuǎn)，輸出電壓為零，同時(shí)放電管T導(dǎo)通，電容C通過(guò)R2放電；當(dāng)電容電壓下降到1/3Vcc，比較器C2工作輸出電壓變?yōu)楦唠娖剑珻放電終止，Vcc通過(guò)R1、R2又開(kāi)始充電；周而復(fù)始，形成振蕩。則其振蕩周期與充放電時(shí)間有關(guān)，也就是與外接元件有關(guān)，不受電源電壓變化影響。 公式計(jì)算： T1=(R1+R2)Cln2; T2=R2Cln2; 振蕩周期T = T1+T2=0.7 ( R1 + 2R2) C =1 (s) 若取C=10F，結(jié)合實(shí)際選取電阻為R1=51K,R2=47K。2.原理圖原理圖如下圖所示。該圖包括秒脈沖發(fā)生器、

5、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。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，而控制電路具有直接控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連接計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈等功能。 555定時(shí)器用來(lái)產(chǎn)生周期為1秒的脈沖信號(hào)，供計(jì)數(shù)器進(jìn)行倒計(jì)數(shù) ，以便將計(jì)數(shù)器輸出的數(shù)據(jù)傳送給譯碼器，譯碼器再譯碼驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管顯示輸出，控制電路實(shí)現(xiàn)“籃球競(jìng)賽30s” 的暫停/繼續(xù)工作，清零復(fù)位，置數(shù)/工作；報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)30s計(jì)數(shù)器減至0秒時(shí)報(bào)警電路發(fā)出光電警報(bào)，由此分析得出30秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如圖1-1所示。它包括秒脈沖發(fā)器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電

6、路和控制電路等五個(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。秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器控制電路報(bào)警電路譯碼顯示外部操作開(kāi)關(guān)30s計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖 1-1四、單元電路設(shè)計(jì)及主要元器件參數(shù)計(jì)算1)1秒脈沖發(fā)生器 4計(jì)數(shù)電路選用兩片中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具有“異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進(jìn)位和借位輸出端。兩片74LS192構(gòu)成預(yù)置數(shù)的三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器十位接成三進(jìn)制，計(jì)數(shù)器個(gè)位接成十進(jìn)制，置數(shù)端A、B、C、D通過(guò)開(kāi)關(guān)接高低電平，若接高電平可進(jìn)行其他置數(shù)；此計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為（0011 0000）=（30）10，只有當(dāng)?shù)臀欢税l(fā)出錯(cuò)位脈沖，高

7、位計(jì)數(shù)器才做減計(jì)數(shù)。1片74LS192構(gòu)成1秒減計(jì)數(shù)電路（即個(gè)位）。74LS192的引腳圖和功能表如圖所示。它的計(jì)數(shù)原理是：使加計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)引腳CPu=1，計(jì)數(shù)脈沖加入個(gè)位74LS192引腳CPD腳，當(dāng)減計(jì)數(shù)到零時(shí)，個(gè)位 74LS192的CO端發(fā)出錯(cuò)位脈沖，使十位計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)，當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器處于全零時(shí)，CPD（DWN）端的輸入時(shí)鐘脈沖作用下，計(jì)數(shù)器再次進(jìn)入下次循環(huán)減計(jì)數(shù)。 圖2-2 74LS192引腳圖 表1 74LS192功能表 2)計(jì)數(shù)電路 5 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。

8、 1. 74LS48是七段顯示譯碼器，其管腳圖如下圖2-3所示。現(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LT：低電平有效。當(dāng)LT0時(shí)，數(shù)碼管的七段應(yīng)全亮，與輸入的譯碼信號(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RBI：低電平有效。當(dāng)LT1、RB0、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RBO：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)RBO作為輸入使用，且RBO0時(shí)，數(shù)碼管七段全

9、滅，與譯碼輸入無(wú)關(guān)。當(dāng)RBO作為輸出使用時(shí)，受控于LT和RBI：當(dāng)LT1且RBI0時(shí)，RBO0；其它情況下RBO1。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。本設(shè)計(jì)將RBI、LT、RBO都置高電平。 圖2-3 74LS48管腳圖 3)譯碼顯示電路 6 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： 看清楚自己用的數(shù)碼管是共陰極還是共陽(yáng)極的，最好在使用前用萬(wàn)電用表測(cè)一下它的極性，其管腳圖如下圖2-4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。 圖2-4 共陰極七段LED顯示器管腳圖 報(bào)警電路，采用555產(chǎn)生1個(gè)輸出頻率為9

10、.5HZ的脈沖發(fā)生器，經(jīng)過(guò)74LS11的一個(gè)高電平促使發(fā)出光電報(bào)警，當(dāng)SW6置高電平時(shí)警報(bào)停止。電路圖2-5所示。4)報(bào)警電路5)控制電路控制電路是30S倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)的核心，電路如圖2-6(a)(b)(c)所示。圖（a）中，用2與非門(mén)組成基本RS觸發(fā)器，開(kāi)關(guān)sw1控制計(jì)數(shù)器的置數(shù)，當(dāng)SW1閉合時(shí)觸發(fā)器直低電平，送至74LS192的LD端和UP端，計(jì)數(shù)器的LD=0，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，反之，計(jì)數(shù)器啟動(dòng)處于技術(shù)工作狀態(tài)。 圖(b)開(kāi)關(guān)SW2控制計(jì)數(shù)器的暫停/計(jì)數(shù)。74LS11輸出接74LS192（2）的DWN端。當(dāng)SW2下合時(shí)，觸發(fā)器輸出低電平，與十位74LS192（1）的13腳BO端輸出的高電平和555

11、定時(shí)器輸出的時(shí)鐘脈沖一起通過(guò)三與門(mén)，使得三與門(mén)輸出低電平，送至74LS192（2）的4腳DWN端，令計(jì)數(shù)器停止工作。顯示器上保持原來(lái)的數(shù)不變，當(dāng)SW2合上時(shí)，74LS11門(mén)電路打開(kāi)，脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)器的減脈沖輸入端，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。圖（C）中，開(kāi)SW3控制計(jì)數(shù)器清零，SW3=”1”（合下）時(shí)，接高電平輸出，送至74LS192集成電路CLR端，計(jì)數(shù)器清零，反之，正常計(jì)數(shù)。 6)直流電源設(shè)計(jì)計(jì)算：求5V直流電壓源：令圖中R1=100,Rw=200,R2=300,VDz=3V,故有UOmax= VDz（R1+R2+Rw）/R2=6V；UOmin= VDz（R1+R2+Rw）/（R2+Rw）=3.

12、6V；當(dāng)Rw=60時(shí)，UO=5V，（恰為負(fù)載提供5V的直流電壓源）。求12V直流電壓源：令圖中R1=100,Rw=300,R2=200,VDz=6V,故有：UOmax= VDz（R1+R2+Rw）/R2=12V；UOmin= VDz（R1+R2+Rw）/（R2+Rw）=7.2V；當(dāng)Rw=100時(shí)，UO=12V，（恰為負(fù)載提供12V的直流電壓源）。7)開(kāi)關(guān)設(shè)置5、 電路圖六、調(diào)試及故障分析 電路安裝完畢后，首先檢查電路個(gè)部分的連線是否正確，檢查電源、地線、信號(hào)線、元器件的引腳之間有無(wú)短路，器件有無(wú)接錯(cuò)。再接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無(wú)異常現(xiàn)象。如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)斷電源

13、，待排除故障后方可重新通電。七、設(shè)計(jì)總結(jié)：在本次的課程設(shè)計(jì)中通過(guò)自己找材料、分析、設(shè)計(jì)等，也掌握了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。這次課程設(shè)計(jì)使我的理論知識(shí)得到了綜合應(yīng)用，培養(yǎng)了我綜合運(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。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，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維。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)。作為一個(gè)大學(xué)生，我們必須跟上時(shí)代的發(fā)展，這就使我們必須要擴(kuò)展自己的知識(shí)，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(xiě)