脈數(shù)課程設(shè)計報告籃球競賽30s計時器

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　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、交通信號控制機(jī)、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

2、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(jìn)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

3、些功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：計時器 脈沖發(fā)生器 數(shù)碼顯示 清零 報警</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 設(shè)計要求···············

4、;··································1</p>&l

5、t;p>　　第二章 方案設(shè)計原理及比較·································

6、;······2</p><p>　　2.1 設(shè)計方案·························

7、·················2</p><p>　　2.2 方案比較··············&

8、#183;·····························3</p><p>　　第三章 電路設(shè)計與分析·

9、;····································

10、83;·····4</p><p>　　3.1 電路設(shè)計原理·························&#

11、183;··················4</p><p>　　3.2 單元模塊············

12、83;···································4</p

13、><p>　　3.2.1 脈沖產(chǎn)生電路·······························

14、3;······4</p><p>　　3.2.2 計時器························

15、3;···················5</p><p>　　3.2.3 單元譯碼顯示部分···········

16、;·······················8</p><p>　　3.2.4 報警電路·······

17、3;·································10</p><p&

18、gt;　　3.2.5 外部操作信號·································

19、3;···11</p><p>　　第四章 總原理圖···························

20、3;···················12</p><p>　　第五章 電路的安裝與調(diào)試···········

21、····························13</p><p>　　5.1 電路的安裝···

22、····································

23、3;······13</p><p>　　5.2 調(diào)試儀器和設(shè)備························&#

24、183;·················13</p><p>　　5.3 電路的調(diào)試·············&#

25、183;································13</p><p>　

26、　5.4 電路的調(diào)試結(jié)果分析··································&#

27、183;···14第六章 實驗結(jié)論和實驗感悟······························&#

28、183;·······15</p><p>　　參考文獻(xiàn)························&

29、#183;·······························16</p><p>　　附錄一&

30、#183;····································

31、;·····················17</p><p>　　附錄二···········

32、;····································

33、83;··········18</p><p><b>　　第一章 設(shè)計要求</b></p><p>　　籃球競賽30S計時器</p><p>　　1. 具有顯示30S計時功能；</p><p>　　2．設(shè)置外部操作開關(guān)，

34、控制計數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)功能；</p><p>　　3．在直接清零時，要求數(shù)碼顯示器滅燈；</p><p>　　4．計時器為30S遞減計時，計時間隔為1S；</p><p>　　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；</p><p>　　第二章 方案設(shè)計及比較</p><p>

35、;<b>　　2.1 設(shè)計方案</b></p><p>　　根據(jù)目前所學(xué)的知識，主要有以下兩種設(shè)計方法</p><p><b>　　（1）.方案一：</b></p><p>　　圖2.1 方案一籃球競賽30S計時器電路</p><p><b>　?。?）.方案二：</b><

36、;/p><p>　　圖2.2 方案二籃球競賽30S計時器電路</p><p><b>　　2.2 方案比較</b></p><p>　　方案一：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線路很多，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，。</p><p>　　方案二：雖然元器件也挺多，但對比與方案一

37、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。</p><p>　　所以，綜合考慮，選擇方案二較好。</p><p>　　第三章 單元電路分析與設(shè)計</p><p>　　3.1 電路設(shè)計原理</p><p>　　籃球競賽30S計時器的總體參考方案框圖如圖 2-1 所示。它包括秒脈沖發(fā)生器，30S計時器，單元譯碼顯示

38、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。</p><p>　　圖3.1 籃球競賽30S計時器設(shè)計總框圖</p><p><b>　　3.2 單元模塊</b></p><p>　　3.2.1 脈沖產(chǎn)生電路（555定時器） </p><p>　　555定時器主要是通過外接電阻R和

39、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。</p><p>　　NE555為8腳時基集成電路，各腳主要功能（集成塊圖在下面） </p><p>　　1地 GND 2觸發(fā) </p>&

40、lt;p>　　3輸出 4復(fù)位 </p><p>　　5控制電壓 6門限(閾值) </p><p>　　7放電 8電源電壓Vcc</p><p>　　用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器：</p><p>　　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

41、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。</p><p>　　圖3

42、.2 脈數(shù)發(fā)生器示意圖</p><p>　　輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計算公式如下:</p><p>　　tW1＝0.7(R1＋R2)C （3.2.1 – 1） </p><p>　　tW2＝0.7R2C

43、 （3.2.1 – 2）</p><p>　　T＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2) （3.2.1 – 3）</p><p>　　這里的脈數(shù)發(fā)生器R1 =51 KΩ, R2 = 47 KΩ,C =1 uf</p><p>　　周期T = 0.1 s</p><p><b

44、>　　3.2.2 計時器</b></p><p>　　計時器部分由兩片74Ls192和一片74Ls161組成</p><p>　?。?）. 74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計數(shù)器，它可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)中實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能.</p><p>　　圖3.3 74Ls161引腳圖</p>&

45、lt;p>　　管腳圖介紹：時鐘CP和四個數(shù)據(jù)輸入端P0~P3清零/MR使能CEP，CET置數(shù)PE數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3</p><p>　　圖3.4 74Ls161功能表</p><p>　　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

46、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脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。74LS161還有一個進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。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(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。</p>

47、<p>　　這里將74Ls161置數(shù)為6，計數(shù)從6到15變成十進(jìn)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(jìn)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。</p><p>　　(2).74LS192 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計數(shù)器（雙時鐘），其清除端是異步的。</p><p>　　圖3.5 74Ls192引腳圖</p>

48、;<p><b>　　引出端符號 </b></p><p>　　TCD 錯位輸出端（低電平有效）</p><p>　　TCU 進(jìn)位輸出端（低電平有效） </p><p>　　CPD 減計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效） </p><p>　　CPU 加計數(shù)時鐘輸入端

49、（上升沿有效） </p><p>　　MR 異步清除端 </p><p>　　P0～P3 并行數(shù)據(jù)輸入端 </p><p>　　PL 異步并行置入控制端（低電平有效） </p><p>　　Q0～Q3 輸出端</p><p>　　當(dāng)清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（CPD、C

50、PU）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（Q0～Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0～P3）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Q0～Q3 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(jìn)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。 當(dāng)計數(shù)上溢出時，進(jìn)位輸出端（TCU）輸出一個

51、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(jìn)行級聯(lián).</p><p>　　74Ls192設(shè)計部分如下：</p><p>　　圖3.6 74Ls192設(shè)計</p><p>　　高片74Ls92置數(shù)為3，低片74L

52、s92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。</p><p>　　3.2.3 單元譯碼顯示部分</p><p>　　單元譯碼顯示部分也由兩部分組成，一部分是74Ls48，一部分是共陰數(shù)碼管。</p><p>　?。?）. 74LS48芯片是一種常用

53、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(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。</p><p>　　圖3.7 74LS48引腳圖</p><p>　　圖3.8 數(shù)字顯示譯碼器</p><p>　　圖3.9 BCD七段譯碼器真值表</p><p><b>　?。?）.共陰數(shù)碼管</b></p><p>　　

54、圖3.10 共陰數(shù)碼管引腳圖</p><p>　　譯碼管和數(shù)碼管的連接:</p><p>　　圖3.11 單元譯碼顯示部分</p><p>　　3.2.4 報警電路</p><p>　　圖3.12 光電報警電路</p><p>　　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

55、，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。</p><p>　　3.2.5 外部操作信號</p><p>　　外部操作信號由置數(shù)，暫停，清零三部分構(gòu)成。</p><p>　　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

56、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(jìn)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)。</p><p>　　第四章 總原理圖 </p><p>

57、　　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：</p><p>　　圖4.1 總電路原理圖</p><p>　　第五章 電路的安裝與調(diào)試</p><p><b>　　5.1 電路的安裝</b></p><p>　　1. 先裝矮后裝高、先裝昂小后裝大、先裝耐焊等等； </p><p>　　2. 布

58、線盡量使電源線靠近實驗電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用； </p><p>　　3. 焊接時不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因為有些器件， 不能耐高溫，比如焊接穩(wěn)壓器時，電烙鐵絕對不能停留太久。</p><p>　　5.2 調(diào)試儀器和設(shè)備</p><p>　　萬用表 鉗子 電烙鐵 示波器 錫絲 導(dǎo)線 鑷子</p><p><

59、b>　　5.3 電路的調(diào)試</b></p><p>　　(1).連接好5V電源后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管出現(xiàn)亂碼，于是用萬用表出測試每條電路發(fā)現(xiàn)沒有接錯了沒有斷路的地方。之后又用示波器測試發(fā)現(xiàn)555發(fā)生的脈沖信號沒有錯，一個輸出端一個輸出端檢查發(fā)現(xiàn)別的地方都沒錯除了74ls192和數(shù)碼管。發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管有的管子燒壞了,而且74ls192的芯片有兩種。于是把數(shù)碼管換了新的，并在數(shù)碼管和接地直接連接了一個小電阻。把7

60、4ls192的芯片換成了另一種于是有用了。</p><p>　　(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。</p><p>　　(3).第二天在測試發(fā)現(xiàn)計數(shù)器不會從30到00，而是隨機(jī)停，每次停的數(shù)不一樣，而且到了OO也不會停止。經(jīng)過再次檢查，之后用函數(shù)信號發(fā)生器輸出1秒脈沖信號在和電路板連接，發(fā)現(xiàn)計數(shù)器此時一切正常，知道

61、是555壞了，但更換555芯片后脈沖信號還是不穩(wěn)定，檢查電路也查不出，便重新焊過個脈沖發(fā)生器。</p><p>　　5.4 電路的調(diào)試結(jié)果及分析</p><p>　　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)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

62、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。</p><p>　　第六章 實驗結(jié)論和實驗感悟</p><p>　　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(tuán)隊精神,也增強(qiáng)了

63、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(qiáng)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。</p><p>　　這次設(shè)計所用的的反正軟件工具是 proteus，之前沒用過，以前只學(xué)過Multisim和protel 99se這兩個仿真軟件，不過沒花多久就學(xué)會用proteus，發(fā)現(xiàn)p

64、roteus比Multisim更好用，用起來方便簡單。</p><p>　　這次脈數(shù)課程設(shè)計提高了綜合動手能力和工程設(shè)計能力，它使大家的理論知識得到了綜合應(yīng)用，培養(yǎng)了綜合運(yùn)用所學(xué)理論的能力和解決較復(fù)雜的實際問題的能力。電子技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出系統(tǒng)集成化，自動化，設(shè)計自動化，用戶專業(yè)化和測試智能的優(yōu)勢，作為一個大學(xué)生，為了適應(yīng)時代的發(fā)展，必須要擴(kuò)展自己的知識，并利用計算機(jī)來輔助分析和設(shè)計，這是有益的。課程設(shè)計的自主設(shè)計、

65、學(xué)習(xí)和研究過程中，通過寫課程設(shè)計的總結(jié)報告，初步訓(xùn)練了大家的書面表達(dá)能力，組織邏輯能力。這些技能應(yīng)用性強(qiáng)，對將來就業(yè)和進(jìn)一步發(fā)展幫助較大，同時也加強(qiáng)了對課本知識的理解，使大家做到了理論和與實際的聯(lián)系，收獲很大。并且大家也深深地體會到所學(xué)知識的不足，激發(fā)了大家的自學(xué)能力和應(yīng)對挑戰(zhàn)的能力。為今后學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實，戒驕戒躁的作風(fēng)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&

66、lt;/p><p>　　[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.</p><p>　　[2].陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗.高等教育出版社，2000.</p><p>　　[3].唐穎、馬杰、王海云.數(shù)字電路.重慶大學(xué)出版設(shè)，2004。</p><p>　　[4] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2

67、006.</p><p>　　[5] 代啟化．Proteus在電路系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用.2006.</p><p>　　[6] 肖景和．CMOS數(shù)字電路應(yīng)用300例.中國電力出版社,2006.</p><p><b>　　附錄一</b></p><p><b>　　實驗原理圖：</b></p&g