電子線路課程設(shè)計(jì)—籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器匯總

1、目錄1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)、功能要求說明及總體方案介紹 01.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù) 01.2 功能要求說明 01.3 總體方案介紹 02 單元電路的設(shè)計(jì) 12.1 秒脈沖發(fā)生器 12.2 計(jì)數(shù)器 32.3 譯碼顯示 32.4 控制電路 42.5 報(bào)警電路 42.6 電路原理圖和PCB圖 43 芯片引腳及功能說明 53.1 555 定時(shí)器 53.2 74LS161 63.3 74LS192 63.4 74LS48 74 仿真結(jié)果及分析 94.1 仿真總原理圖 94.2 仿真結(jié)果 10小結(jié) 11元件清單 12參考文獻(xiàn) 13附錄 0附錄A:電路原理圖 0附錄B:電路PCB圖 11設(shè)計(jì)課題任務(wù)、功能要求說明及總

2、體方案介紹1.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)籃球競賽計(jì)時(shí)器1.2 功能要求說明1. 準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，具有顯示30秒計(jì)時(shí)功能；2. 設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停、連續(xù)功能；3. 計(jì)時(shí)器為30s遞減計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)間隔為1s；4. 計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。1.3 總體方案介紹籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器的總體方案框圖如圖1.1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、 計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助時(shí)序控制電路（簡稱控制電路）等五個(gè) 模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路時(shí)系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成30秒技術(shù)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)

3、、譯碼顯示電路的顯示、定時(shí)完成報(bào)警等功能。圖1.1 30秒計(jì)時(shí)器的總體方案框圖2單元電路的設(shè)計(jì)2.1 秒脈沖發(fā)生器2.1.1秒脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)原理用555集成電路組成多諧振蕩電路如圖2.1所示。電路的工作原理是：接通電源，電源經(jīng)外接電阻R1和R2向電容C充電，其 上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電壓上升至2/3VDD時(shí)，會(huì)使比較器A1翻轉(zhuǎn)輸出低電 平，RS觸發(fā)器復(fù)位，輸出端U0=0,同時(shí)三極管VT導(dǎo)通，電容C通過R2和VT 放電，當(dāng)電容電壓下降到1/3VDD時(shí)，比較器A2翻轉(zhuǎn)輸出低電平，RS觸發(fā)器置 位，輸出端變?yōu)楦唠娖?，三極管 VT截止，C放電終止又開始充電，周而復(fù)始， 輸出端便可獲得周期性的矩形脈沖

4、波。電容C的放電時(shí)間t1與充電時(shí)間t2分別為t1=R2CIN2 0.7R2Ct2=(R1+R2)CIN2 0.7(R1+R2)C可得輸出脈沖波的頻率為f=1/(t1+t2)1.43/(R1+2R2)C圖2.1 555集成電路組成多諧振蕩電路2.1.2秒脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)方案一般來說，振蕩器的頻率越咼，計(jì)時(shí)精度越咼，由于本次課程設(shè)計(jì)對精度要 求不高，因此選擇用555集成電路組成多諧振蕩電路產(chǎn)生f=10Hz的周期性矩形脈沖波。555集成電路組成多諧振蕩電路參數(shù)設(shè)計(jì)如圖2.2所示Cf5.1kQ R1IOjiFCVCC555 VIRIUAL TimerVCC3JTOOTCISrshiocwOD圖2.2 5

5、55集成電路組成多諧振蕩電路參數(shù)設(shè)計(jì)用74LS161構(gòu)成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖2.3所示，當(dāng)周期為0.1秒的脈沖信號(hào) 由CLK端進(jìn)入計(jì)數(shù)器時(shí)，每隔10個(gè)脈沖74LS161計(jì)數(shù)一次，所以從CO1出端輸 出周期為1秒的脈沖信號(hào)，完成秒脈沖的設(shè)計(jì)。U7 74LS161N圖2.3 74LS161構(gòu)成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器2.2 計(jì)數(shù)器8421BCD碼30進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器由兩片 74LS192構(gòu)成。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。當(dāng)需要進(jìn) 行多級(jí)擴(kuò)展連接時(shí)，只要將前級(jí)的端接到下一級(jí)的CPD端，端接到下一級(jí)的CPU端即可。此計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為 N=(0011 0000

6、)8421BCD=(30)10。它的計(jì)數(shù)原理是，只有當(dāng)?shù)臀唤栉欢税l(fā)出負(fù)跳變借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器才做減1計(jì)數(shù)。當(dāng)高，低位計(jì)數(shù)器全為 0,且CPD為0時(shí)，計(jì)數(shù)器完成并行置數(shù)， 之后，在CPD端的輸入時(shí)鐘脈沖作用下，計(jì)數(shù)器進(jìn)入下一輪循環(huán)減計(jì)數(shù)。8421BCD碼30進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器如圖2.4所示。呂； 00/ inu u號(hào) 哇宅1J r5d s fl 工 YVCC圖2.4 8421BCD碼30進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器Uf74.S192NU6 74LS192N2.3 譯碼顯示用于驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有 74LS4& 74LS48專用于驅(qū)動(dòng)LED 七段共陽極顯示數(shù)碼管。若將計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)

7、七段譯碼器的輸入 端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。譯碼顯示電路如圖2.5所示。U4111 74LS4fiflU274LS4SNvcc5Vh圖2.5譯碼顯示電路2.4 控制電路此控制電路可以完成以下功能：1、 閉合“啟動(dòng)”開關(guān)，計(jì)數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能，顯示器顯示30,斷開“啟 動(dòng)”開關(guān)，計(jì)數(shù)器開始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。2、當(dāng)“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于“暫?！睍r(shí)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，顯示器保持不 變，當(dāng)此開關(guān)處于“繼續(xù)”開關(guān)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。3、當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí)，控制電路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，計(jì)數(shù)器保持零狀 態(tài)不變，同時(shí)報(bào)警電路（發(fā)光二極管）工作。電路圖見電路原理圖。2.5 報(bào)警電路報(bào)警電路如圖2.所示，兩片74L

8、S192的借位輸出端與圖中的非門輸入端相 接，當(dāng)兩片74LS192同時(shí)有借位輸出時(shí)，即輸出低電平時(shí)，二極管導(dǎo)通發(fā)光，達(dá) 到光電報(bào)警的作用。U12ALJ13A74LSOONLED21kQVCC74LS04N圖2.6報(bào)警電路2.6 電路原理圖和PCB圖2.6.1電路原理圖見附錄A2.6.2 電路PCB圖見附錄B3芯片引腳及功能說明3.1 555定時(shí)器NE555的作用是用內(nèi)部的定時(shí)器來構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖。rkK圖3.1 555 定時(shí)器引腳圖NE555引腳圖介紹如下：1地GND2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表3.1 555 定時(shí)器功能表輸入輸出復(fù)位

9、住TRTHQVT狀態(tài)0XX0導(dǎo)通1V上1匕V J1截止13 x J0導(dǎo)通1上V J原狀態(tài)不變3.2 74LS16174LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器。to378Pq Pi P2 P3 CEP GND叱 G TC Oq魚 03 CET PEjRJjsLTuljJUJ R引腳圖/MR清零，使能CEP和CET PE為置TCo圖 3.2 74LS16174LS161引腳圖介紹如下：CP為時(shí)鐘輸入，P0P3為數(shù)據(jù)輸入端， 數(shù)端，Q0Q3為數(shù)據(jù)輸出端，以及進(jìn)位輸出表3.2 74LS161 功能表CPCRLbCT?CTr輸出狀態(tài)t0XX預(yù)置t110X保持t11X0保持tL111計(jì)數(shù)X0X

10、XX3.3 74LS19274LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。Pg MR 祐）冋斎 P2 ?31 2 | 3 | |h 5 | G | 7 | 丨亍Qj g CPp CPu 88 GND圖3.3 74LS192 引腳圖74LS192引腳圖介紹如下:CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。表3.3 74LS192 功能表輸入輸出CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX00000 10r x 1X

11、 :dcbadcba0111XXXX保持0 ”1r t1XXXX加計(jì)數(shù)011XXXX減計(jì)數(shù)3.4 74LS481234 56? 口匚匚匚匚匚匚口段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器bcde圖3.4 74LS48引腳圖74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA和輸出（Ya Yg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及 既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。由74LS48真值表可獲知74LS48所具有的邏輯功能：（1）7 段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）

12、都接無效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表 1中116行。（2）消隱功能（BI=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表 1倒數(shù)第3行，無論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入 DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“ 0”，7段顯 示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。（3）燈測試功能（LT = 0）此時(shí)BI/RBO端作為輸出端，端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“ 1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測 試，判別是否有

13、損壞的字段。（4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1, RBI=1）此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT端輸入高電平信號(hào)，RBI端輸入低電平信號(hào)， 若此時(shí)DCBA = 0000,表1倒數(shù)第2行，輸出全為“ 0”，顯示器熄滅，不顯示 這個(gè)零。DCB娛0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個(gè) 7段顯示器同時(shí)顯示 時(shí)熄滅高位的零。表3.4 74LS48 功能表74LS4S 輯功能裘輸入輸出LT RBI A3 A2 Ai AoEH 尺 EO比Yfc Ye比耳花址1 1 0 0 0 011 111 1 1 01 X 0 0 0 L10 L 1 0 0 0 01X00101110 110 11 X 0 01 L1111

14、10 0 1L X 0111 1 0 Q 1 11 X 0 1 0 L110 110 111 x 0 1 1 010 0 111111x011111 1 1 0 0 0 01X100011 L 1 1 1 1 11X100111110 0 111 X 101010 0 0 110 11X10111 0110011 X 110 010 L 0 0 0 1 11x110 1110 0 10 111 X 111010 0 0 1 1 1 1lxllll10 0 0 0 0 0 0X X X X X X00 0 0 0 0 0 0L 00 0 00 0 0 0 0 00 X X X X X11 L 1

15、 1 1 1 14仿真結(jié)果及分析4.1 仿真總原理圖圖4.1仿真總原理圖4.2仿真結(jié)果數(shù)碼管顯示：社6豈社T，U2；74L S4ari7TLT-47i E 龍 62d 邑# dBS8B88:u1:74L540N- VCCr Ii iw555定時(shí)器輸出f=1OHz的脈沖:Ost Hose ope -XSC1小結(jié) 課程設(shè)計(jì)需要的是活學(xué)活用所涉及的知識(shí)。 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)際問題的轉(zhuǎn)變。 通過本次的課程設(shè)計(jì)， 我最大的收獲就是提高了自身 的動(dòng)手能力， 培養(yǎng)了我的尋求解決問題的能力也增強(qiáng)了我其它方面的能力。 在設(shè) 計(jì)中，我充分應(yīng)用我們所學(xué)的知識(shí)，例如：集成電路 74LS 系列、三

16、極管、二極 管、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)所需功能的過程 中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了我的實(shí)際操作能力。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。 這次設(shè)計(jì)所用的的工具 是 Multisim 10.0.1, 由于之前接觸過類似的軟件，所以畫圖和仿真就比較方便， 使設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到了保證。本次課程設(shè)計(jì)提高了我的綜合動(dòng)手能力和工程設(shè)計(jì)能力，它使我的理論知 識(shí)得到了綜合應(yīng)用， 培養(yǎng)我綜合運(yùn)用所學(xué)理論的能力和解決較復(fù)雜的實(shí)際問題的 能力。電子技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出系統(tǒng)集成化，自動(dòng)化，設(shè)計(jì)自動(dòng)化，用戶專業(yè)化和測 試智能的優(yōu)勢

17、， 作為一個(gè)大學(xué)生。 我們必須時(shí)代的發(fā)展， 這使我們必須要擴(kuò)展自 己的知識(shí)，并利用計(jì)算機(jī)來輔助分析和設(shè)計(jì)，這對我們是有益的。課程設(shè)計(jì)的自主設(shè)計(jì)、 學(xué)習(xí)和研究過程中， 通過寫課程設(shè)計(jì)的總結(jié)報(bào)告， 初 步訓(xùn)練我的書面表達(dá)能力。 組織邏輯能力， 這些技能應(yīng)用性強(qiáng)， 對我的將來就業(yè) 和進(jìn)一步發(fā)展幫助較大。 同時(shí)也加強(qiáng)了對課本知識(shí)的理解， 使我們做到理論和與 實(shí)際的聯(lián)系， 收獲很大。并且我也深深地體會(huì)到自己所學(xué)知識(shí)的不足， 激發(fā)了我 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)， 也培養(yǎng)了我們嚴(yán) 謹(jǐn)務(wù)實(shí)的作風(fēng)。元件清單元件名數(shù)量參數(shù)電阻35.1k11k14.7k電容10.1uf110uf滑動(dòng)

18、變阻器110k一位七段共陰數(shù)碼管274LS48274LS192274LS161174LS00274LS0415551微動(dòng)開關(guān)1六腳開關(guān)1撥動(dòng)開關(guān)1發(fā)光二極管2DC電源座1插針4參考文獻(xiàn)1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版) . 北京：高等教育出版社， 1998.111 Yan Shi. Fundamentals of digital electronic technology (Fourth Edition). Beijing: Higher Education Press, 1998.112 謝自美 . 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試(第三版) . 武漢：華中科技大學(xué)出版 社,2006.082 Xie Zimei.