數(shù) 字 電 路 課 程 設 計 報 告

1、數(shù) 字 電 路課 程 設 計 報 告課題名稱：籃球競賽30秒計時器 姓 名：學 號：專業(yè)班級：通信工程1指導教師：設計日期：2013年1月5日 摘要：隨著信息時代的到來，電子技術在社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，運用模電和數(shù)電知識設計的電子產品成為社會生活不可缺少的一部分，特別是在各種競技運動中，計時器成為檢驗運動員成績的一個重要工具。電子課程設計是電子技術學習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)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學生能力的一個環(huán)節(jié)。在許多領域中計時器均得到普遍應用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機、還可以用來做為各種藥

2、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)定了一方的持球時間不能超過30秒，否則就被判做犯規(guī)。本課程設計的“籃球競賽30秒計時器”，就可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間30秒進行限制。一旦球員的持球時間超過了30秒，它自動的報警。本課程設計是脈沖數(shù)字電路的簡單應用，設計了籃球競賽30秒計時器。它由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和時序控制電路五個部分組成。當計數(shù)器接收到秒脈沖后開始倒記數(shù)，等遞減到0時，發(fā)光二極管亮光報警。通過控制電路來完成計時器的啟動、計數(shù)、暫停/繼續(xù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。本電路用兩個74LS192芯片構成

3、遞減計數(shù)器（30進制）；控制電路由74LS00和74LS08構成；秒脈沖發(fā)生器由555集成定時器構成；兩個數(shù)碼管構成顯示電路。關鍵字 : 秒脈沖發(fā)生器 計時器 光電報警 模塊化一、設計原理及要求1.1設計原理 圖1 籃球競賽30秒計時器原理框圖籃球競賽30秒計時器原理框圖如圖1所示。功能的電路采用模塊化設計，分別都有各自的功能。籃球競賽30秒計時器包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路、報警電路等5個部分組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成30秒計時功能，而控制電路控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停繼續(xù)計數(shù)。當啟動置數(shù)開關時，計數(shù)器完成置數(shù)功能顯示30秒字樣；當啟動開關時，

4、計數(shù)器開始計數(shù)；暫停繼續(xù)開關連接到連續(xù)計數(shù)端時，計數(shù)器開始連續(xù)計數(shù)，當連接到暫停計數(shù)端時，計數(shù)器暫停計數(shù)。計數(shù)器遞減到零時，發(fā)出光電報警信號。1.2設計要求（1） 具有顯示30秒計時功能；（2） 系統(tǒng)設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；（3） 計時器為30秒遞減計時，其計時間隔為1秒； （4） 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。二、電路設計(1) 8421BCD碼遞減計數(shù)器模塊電路本實驗中計數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進行設計，74LS192是十進制同步加法/減法計數(shù)器，它采用8421BCD碼二-十進制編碼，其功能表如表1所示。7

5、4LS192引腳圖如下所示74LS192引腳圖 表1 74LS192的功能表CPUCPDCR操作××00置數(shù)110加計數(shù)110減計數(shù)×××1清零由此看出,當LD=1,CR=0,CPD=1時,如果有時鐘脈沖加到CPU端,則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上進行加法計數(shù),當計數(shù)到9時,CO端輸出進位下降沿跳變脈沖；當LD=1，CR=0，CPU=1時，如果有時鐘脈沖加到CPD端，則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上進行減法計數(shù)，當計數(shù)到0時，BO端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設計出三十進制減法計數(shù)器，具體電路圖如圖2所示,圖中的Q0-Q7分別接到顯示譯碼器的輸入端，CPD端

6、接到秒脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端。圖中預置數(shù)為N=（0011000）8421BCD=（30）10，當?shù)臀挥嫈?shù)器的借位輸出端BO輸出借位脈沖時，高位計數(shù)器才開始進行減法計數(shù)。當計數(shù)到高、低位計數(shù)器都為零時，高位計數(shù)器的借位輸出端BO輸出借位脈沖，使置數(shù)端LD=0，則計數(shù)器完成置數(shù)，在CPD端輸入脈沖的作用下，進行下一循環(huán)的減法計數(shù)。 圖2 三十進制減法計時器(2) 時鐘信號控制電路 圖3時鐘信號控制電路圖3是時鐘脈沖信號 CP 的控制電路 ,控制 CP 的放行與停止。當定時時間未到時，74LS192的借位輸出信號BO2=1時，則CLK信號受“暫停/繼續(xù)”開關S2的控制，當S2處于“暫?！蔽恢脮r，門U

7、10A輸出0，門U7A關閉，封鎖CLK信號，計數(shù)器暫停計數(shù)；當S2處于“連續(xù)”位置時，門U10A輸出1，門U2A打開，放行CLK信號，計數(shù)器在CLK作用下，繼續(xù)累計計數(shù)。當定時時間到時，BO2=0，門U7A關閉，封鎖CLK信號，計數(shù)器保持零狀態(tài)不變。從而實現(xiàn)了當暫停/連續(xù)開關處于暫停狀態(tài)時，控制電路封鎖計數(shù)脈沖，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示原來的數(shù)，而且保持不變；當暫停/連續(xù)開關處于連續(xù)狀態(tài)時，計數(shù)器正常計數(shù)，的功能要求。注意，BO2是脈沖信號，只有在CPD保持為低電平才能保持不變。(3) 秒脈沖信號產生模塊電路NE555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時器構成，其引腳圖如圖4所示。NE555秒脈沖發(fā)生器的

8、周期與其充電的時間有關，充電時間由圖11中的電容C1、電阻R1和R2所決定周期的計算公式為：T=Ln2(R1+2R2)×C1。本實驗需要的周期是1s，計算出較為穩(wěn)定的電阻電容值為：R1=15k,R2=68k, C1=10F,C2=10nF。計算得T=1s。 圖4秒脈沖發(fā)生電路(4) 顯示模塊電路顯示模塊用來顯示計時模塊輸出的即時計時和中途計時結果。是由七段數(shù)碼管構成，計時模塊輸出計時信號通過譯碼器譯碼由數(shù)碼管顯示出來。如圖5所示。 圖5顯示譯碼電路(5) 光報警模塊當計數(shù)器遞減計數(shù)到零 ( 即定時時間到 ) 時 , 控制電路應發(fā)出報警信號 , 使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時報警電路

9、工作。如圖6所示。 當計數(shù)到零時,兩計數(shù)器借位端輸出多為低（0）,故本設計將高位片借位反饋到二極管負極性端,此時+5V電源經1k電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報警信號,完成報警功能,而在遞減計數(shù)時,端輸出為高（1）,二極管不報警。 +5V 600 BO2 圖6發(fā)光報警電路三、 性能的測試(1) 秒脈沖信號發(fā)生電路的仿真將秒信號發(fā)生器接到示波器上，如圖7所示。觀察輸出波形，如圖8所示。 圖7秒脈沖信號發(fā)生器仿真圖8秒脈沖信號的波形圖(2) 30秒置數(shù)仿真測試 啟動S1（低電平）成置數(shù)功能 , LD置為低電平出現(xiàn)30秒字樣 ; 斷開S1（高電平），LD置為高電平，計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)，如圖9所示。圖9

10、 30秒置數(shù)仿真測試(3) 暫停/繼續(xù)仿真測試 當暫停/繼續(xù)開關S2處于暫停位置（低電平）時，控制電路封鎖計數(shù)脈沖，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示原來的數(shù)，而且保持不變，如圖10所示；當暫停/繼續(xù)開關S2處于連續(xù)位置（高電平）時，計數(shù)器正常計數(shù)如圖11所示 圖10暫停仿真測試 圖11連續(xù)仿真測試(4) 報警電路的仿真當計數(shù)器計到狀態(tài)“00”時，高位片的借位輸出端BO產生低電平借位脈沖信號，由此導通發(fā)光二極管產生光報警信號。圖12報警電路的仿真四、設計體會 本次課程設計是我到目前為止覺得最有意義也是收獲最大的一次學習。設計是我們將來必需的技能，而這次課設恰恰給我們提供了一個應用自己所學知識的平臺。從通過理

11、論設計，到仿真軟件仿真，最后到確定具體方案，整個過程都需要我充分利用所學的知識進行思考、借鑒。可以說，本次課設是針對前面所學的知識進行的一次比較綜合的檢驗?？偟膩碚f，這次課設雖然累，但非常充實。 在這次課程設計中，正確的思路是很重要的，只有你的設計思路是正確的，那你的設計才有可能成功。因此我們在設計前必須做好充分的準備，認真查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎。我經過一段時間的查找資料和思考問題，最終把設計方案設計出來了。其中在查找資料的過程中收獲頗豐，在這個過程中使我學會了如何查找文獻資料并運用到自己的方案中去。經過一番深思熟慮后設計出比較實用的電路圖，然后用仿真軟件進行仿真。在仿

12、真的過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，并通過自己的努力最終解決了出現(xiàn)的各種問題，在這解決問題的過程中使我學到了許多以前不太了解的知識，同時也培養(yǎng)了思考問題的習慣，經過一番奮斗后，仿真的結果符合設計要求。在連接實物圖的過程中須得步步為營，若是一著不慎連錯了后果是很嚴重的，不好檢查線路，因此連線時須的小心再小心。經過最后的努力，終于把實物圖所產生的結果與仿真一致。要做好本次的課程設計，熟練地掌握課本上的理論知識是前提。這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行一定的分析和解決。當然能完成本次設計，更離不開老師辛勤地指導，感謝老師的指導！ 五、 結論本設計主要通過模塊化思想，逐步實現(xiàn)設計所需達到的功能要求：時鐘模塊為減計數(shù)

13、提供一個頻率為1Hz的脈沖信號，從而實現(xiàn)計數(shù)器計數(shù)間隔為1秒鐘；計數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達到能顯示減計數(shù)功能；報警模塊是為了實現(xiàn)當減計數(shù)到零時發(fā)出光電報警信號；控制模塊主要是為了實現(xiàn)計時器的啟動、直接清零和暫停/連續(xù)功能，其中在直接清零時，由外控制開關控制譯碼器消隱端，從而可以實現(xiàn)顯示譯碼器滅燈；通過暫停/連續(xù)開關從而實現(xiàn)斷點計時功能。根據(jù)實驗結果，本設計方案基本完成了設計的要求，總的來說該方案是十分可行的，電路結構簡單，條理清晰，結果符合要求。但是由于產生的脈沖信號不易保持以及產生的秒脈沖信號不夠穩(wěn)定和精確的原因還存在著報警時間過短和計數(shù)時間不夠精確的缺陷，可以通過用分頻電路來代替555信號發(fā)生器來產生穩(wěn)定的秒脈沖計時信號，來進一步改善電路計時的準確性；對產生的借位脈沖信號時間過短的原因可以用展寬電路把脈沖擴展到足夠寬，使發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光。參考文獻1.王毓銀.數(shù)字電路邏輯設計（脈沖與數(shù)字電路第三版）.高等教育出版社.19992.高吉祥.電子技術基礎實驗與課程設計.電子工業(yè)出版社.20023.劉修文主編.是用電子電路設計制作.中國電力出版社，20054.朱定華主編.電子電路測試與實驗.清華大學出版社，20045.路勇主編.電子電路實驗及仿真.北京交通大學出版社，2004附錄I 總電路