電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告-籃球比賽倒計(jì)時(shí)器

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：籃球比賽倒計(jì)時(shí)器專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：1 班學(xué)號(hào)：學(xué)生：時(shí)間：2012年2 月20日 2月 26日 以下指導(dǎo)教師填寫 分項(xiàng)成績：出勤 成品 答辯及考核總 成 績：總分 成績指導(dǎo)教師：前言電子課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是將理論知識(shí)與實(shí)踐能力相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的環(huán)節(jié)。為今后進(jìn)行復(fù)雜的綜合型電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試打下基礎(chǔ)。在許多領(lǐng)域中計(jì)時(shí)器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽， 定時(shí)報(bào)警器、游戲中的倒時(shí)器，交通信號(hào)燈等。本課程設(shè)計(jì)“籃球比賽倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)”，可用于籃球比賽中，用于對(duì)球員持球時(shí)間24 秒限制。一旦球員的持球時(shí)間超過

2、了24 秒，它自動(dòng)的報(bào)警從而判定此球員的違例。本設(shè)計(jì)主要能完成：電路具有24.0 秒時(shí)間顯示功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的置數(shù)、啟動(dòng)/ 連續(xù)和暫停功能；計(jì)數(shù)過程中，無論處于何種狀態(tài)，當(dāng)按下置數(shù)鍵時(shí)，計(jì)數(shù)重新開始；計(jì)時(shí)器為遞減計(jì)時(shí)，其計(jì)時(shí)間隔為 0.1 秒；當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，顯示器顯示0，同時(shí)發(fā)出CP同步閃爍報(bào)警信號(hào)等。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)借助于Proteus仿真軟件以及數(shù)字電路相關(guān)理論知識(shí)，并在Proteus 下設(shè)計(jì)和進(jìn)行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。目錄111.1.11.211.2.1.11.2.2.1212.112.223.23.124 .23.2.43.3 0.1.53.4.73.5

3、.74.8.10.11第1章緒論1.1 課程設(shè)計(jì)意義電子課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在修完“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”和“電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”后開設(shè)的設(shè)計(jì)課程。目的是鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)以及動(dòng)手的能力，提高學(xué)生使用中規(guī)模集成芯片以及調(diào)試較大型電子系統(tǒng)的能力，同時(shí)了解基本邏輯單元電路在實(shí)際生活中的應(yīng)用，為今后進(jìn)行復(fù)雜的綜合型電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試打下基礎(chǔ)。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)數(shù)字及模擬電子技術(shù)的理解，學(xué)會(huì)查閱資料、方案比較、方案選擇以及原理圖設(shè)計(jì)、計(jì)算、制作、調(diào)試等基本技能，增強(qiáng)分析、解決實(shí)際問題的能力。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)1電路具有 24.0 秒時(shí)間顯示功能；2系統(tǒng)設(shè)置

4、外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的置數(shù)、啟動(dòng)/ 連續(xù)和暫停功能；3計(jì)數(shù)過程中，無論處于何種狀態(tài)，當(dāng)按下置數(shù)鍵時(shí)，計(jì)數(shù)重新開始。4計(jì)時(shí)器為遞減計(jì)時(shí)，其計(jì)時(shí)間隔為0.1 秒；5當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，顯示器顯示0，同時(shí)發(fā)出 CP同步閃爍報(bào)警信號(hào)。6該電路可應(yīng)用于籃球比賽基本要求及目標(biāo)1、根據(jù)課題任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)并繪制電路原理圖。2、根據(jù)原理圖，用相關(guān)元器件搭建并測(cè)試電路，制作實(shí)物。3、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。4、設(shè)計(jì)報(bào)告格式要求：課題任務(wù)的相關(guān)參數(shù)與指標(biāo)。選擇集成電路芯片，列出材料清單。繪制 EDA電路原理圖，分析電路工作原理。測(cè)試邏輯功能，描述調(diào)試方法。寫出心得體會(huì)。5課程設(shè)計(jì)報(bào)告1 份。6制作成品 1 套。第 2

5、章 電路框圖及工作原理2.1 設(shè)計(jì)方案籃球比賽計(jì)時(shí)系統(tǒng)的主要功能包括：進(jìn)攻方 24.0 秒倒計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)結(jié)束警報(bào)提示。攻方 24.0 秒倒計(jì)時(shí)，當(dāng)比賽準(zhǔn)備開始時(shí)，屏幕上顯示 24.0 秒字樣，當(dāng)比賽開始后，倒計(jì)時(shí)從 24.0 倒數(shù)到 00.0 。這一模塊主要是利用雙向計(jì)數(shù)器 74LS192來實(shí)現(xiàn)；報(bào)警提示：當(dāng)計(jì)時(shí)器到零時(shí)給出光電提醒。此計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下 3 個(gè)組成，即計(jì)時(shí)模塊、控制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計(jì)此計(jì)時(shí)器時(shí)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)起來更加簡單、方便、快捷。此電路是一時(shí)鐘產(chǎn)生，觸發(fā)，倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，譯碼顯示、報(bào)警為主要功能，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造電路。2.2 基本原理

6、24 秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案如框圖所示：三位譯碼驅(qū)動(dòng)顯示脈沖發(fā)遞減計(jì)數(shù)報(bào)警電路生控制開控制電路關(guān)它包括秒脈沖發(fā)生、遞減計(jì)數(shù)、三位譯碼驅(qū)動(dòng)顯示、報(bào)警電路、控制開關(guān)和控制電路等模塊組成。計(jì)數(shù)部分完成24 秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的置數(shù)、啟動(dòng)、暫停 / 連續(xù)等功能。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，電路采用555 集成電路。譯碼顯示電路由74LS48和共陰極八段數(shù)碼管組成。報(bào)警電路在實(shí)驗(yàn)中用發(fā)光二極管代替。主體電路： 24.0 秒倒計(jì)時(shí)開始后， 24 秒置數(shù)， 24 秒的倒數(shù)計(jì)時(shí)器的倒數(shù)計(jì)時(shí)器開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)， 0.1 秒倒計(jì)到零。選取“ 00.0 ”這個(gè)狀態(tài)，通過組合邏輯電路給

7、出截?cái)嘈盘?hào)。第3章 單元電路的設(shè)計(jì)3.0 所用元器件七段譯碼器 74LS48（有驅(qū)動(dòng)） 3 片、可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS192 3 片、三輸入或非門 74LS27 1 片、二輸入與非門 74LS00 3 片、共陰極數(shù)碼管 SM120501K 3個(gè)、六反相器 74LS04 1 片、 555 定時(shí)器 1 片。開關(guān) 3 個(gè)，電容 10、1 微法各 1，電阻 10K、470 歐姆若干， LED1個(gè)，實(shí)驗(yàn)板，穩(wěn)壓電源，萬用表，導(dǎo)線若干。3.124進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器選用集成電路 74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)較為簡便， 74LS192是十進(jìn)制可編程同步加法計(jì)數(shù)器，它采用 8421 碼十進(jìn)制編碼，并具有直接清

8、零、置數(shù)、加減計(jì)數(shù)功能。圖 3-1 是 74LS192 引腳排列。圖中 CU、CD分別是加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。PL 是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效） ，TCU 和 TCD是進(jìn)位、借位輸出端（低電平有效），MR是異步清零端， P3-P0 是并行數(shù)據(jù)輸入端， Q3-Q0是輸出端。圖 3-1 74LS192 的引腳排列74LS192的功能表見表 3-1 所示。表 3-1 74LS192 功能表輸入輸出MRCUCDP0P1P2P3Q0Q1Q2Q31×××××××000000××abcda

9、bcd011××××加計(jì)數(shù)011××××減計(jì)數(shù)當(dāng) PL=1，MR=0時(shí)，若時(shí)鐘脈沖加到端 CU，且 CD =1則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計(jì)數(shù)功能，當(dāng)加計(jì)數(shù)到 9 時(shí)， TCU端發(fā)出進(jìn)位下跳變脈沖；若時(shí)鐘脈沖加到 CD端，且 CU=1，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計(jì)數(shù)功能，當(dāng)減計(jì)數(shù)到0 時(shí)， TCD 端發(fā)出借位下跳變脈沖。由 74LS192構(gòu)成的二十四進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器如下圖3-2 所示。圖 3-2 8421BCD 二十四遞減計(jì)數(shù)器其預(yù)置數(shù)為 N=（00100100.0000） = (24) 10。在 CD端的輸入

10、時(shí)鐘脈沖作用下，開始遞減。只有當(dāng)?shù)臀?TCD 端發(fā)出借位脈沖時(shí) , 高位計(jì)數(shù)器才作減計(jì)數(shù)。當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器處于全零 , 完成一個(gè)計(jì)數(shù)周期，然后手動(dòng)置數(shù) PL=0, 計(jì)數(shù)器完成置數(shù) , 再次進(jìn)入下一循環(huán)減計(jì)數(shù)。3.2 數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求采用74LS48譯碼器來驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼顯示管。74LS48 芯片是一種常用的七段數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器， 常用在各種數(shù)字電路和系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。74LS48和共陰極七段 LED顯示器如圖 3-3 連接。這樣連接74LS48可直接驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管而不需像 CC4511外接限流電阻。圖 3-3顯示電路74LS48 輸入信號(hào)為 BCD碼，輸出端為 a、b、c、

11、d、e、f 、g 共 7 線，另有 3 條控制線。 LT為測(cè)試端，低電平有效，當(dāng)LT=0 時(shí)，無論輸入端A、 B、C、 D為何值， a g 輸出全為高電平，使 7 段顯示器件顯示“ 8”字型， 此功能用于測(cè)試器件。 RBI為滅零輸入端 ,低電平有效。在 LT=1，RBI =0 ，且譯碼輸入為 0 時(shí)，該位輸出不顯示，即 0 字被熄滅。但當(dāng)譯碼輸入不全為 0 時(shí)，仍能正常譯碼輸出， 使顯示器正常顯示。 BIRBI 是一個(gè)特殊的端口，有時(shí)作用于輸入，有時(shí)作用于輸出，在這里不多做介紹。74LS48 功能表見表3-2 。輸入輸出數(shù)字ABCDBI/RBOa b c d e f g字形LTRBI01100

12、0011111110011X100011100000121X010011101101231X110011111001341X001010110011451X101011011011561X011011011111671X111011110000781X000111111111891X1001111110119消隱XXXXXX00000000脈沖消隱100000000000008燈測(cè)試0XXXXX11111111表 3-2 74LS48 的功能表七短數(shù)碼管的引腳圖如圖3-4所示，在使用時(shí)要注意是共陽還是共陰，其中3 腳和8 腳相連為公共端，因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)是使用的共陰極數(shù)碼管，所以在電路中接地，6

13、腳為小數(shù)點(diǎn)引腳，在設(shè)計(jì)中沒要求不需要對(duì)其處理。圖 3-4 七短數(shù)碼顯示管的引腳圖3.3 0.1秒脈沖的設(shè)計(jì)脈沖信號(hào)發(fā)生部分脈沖的產(chǎn)生由 555 定時(shí)器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，電路需要產(chǎn)生間隔為0.1 秒的時(shí)間脈沖，完成正確的計(jì)數(shù)功能。所以選擇 NE555定時(shí)器來設(shè)計(jì)此電路。從而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖。用 555 集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供脈沖，如圖3-5 所示。公式： Tw1=0.7 (R2 +R5) C1 Tw2=0.7R2 C1振蕩周期計(jì)算公式： T=0.7 (R2 +2R5) C1 0.1s圖 3-53.4 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要產(chǎn)生光電報(bào)警，

14、我們采用5 個(gè)或門組成一個(gè)選擇電路，一個(gè)發(fā)光二極管產(chǎn)生光亮，一個(gè)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。如圖3-6 所示圖 3-63.5 整機(jī)工作原理電路總圖籃球競(jìng)賽 24 秒計(jì)時(shí)器主要是由0.1 秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報(bào)警電路組成?？刂齐娐分苯涌刂朴?jì)數(shù)器啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/ 連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。由附錄 1 可見圖中有 SW1和 SW2兩個(gè)開關(guān)， SW1為置數(shù)， SW2為暫停。 SW1閉合， 74LS192 被置數(shù)，顯示電路出現(xiàn)數(shù)字 24。完成置數(shù)后斷開 SW1，啟動(dòng)計(jì)時(shí)。若此時(shí)秒脈沖電路的 SW2為斷開，則產(chǎn)生連續(xù)秒脈信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器，數(shù)碼管上的數(shù)字就會(huì)自動(dòng)減 1，閉合 SW2，

15、秒脈沖暫停，計(jì)數(shù)遞減暫停，斷開 SW2又恢復(fù)計(jì)數(shù)遞減，這就實(shí)現(xiàn)了暫停 / 連續(xù)功能。在計(jì)數(shù)遞減的同時(shí)， 74LS192的 8 個(gè)輸出端也隨之產(chǎn)生高低電平變化來控制報(bào)警電路 5 個(gè)或門的高低電平的變化。由附錄 1 可見， 5 個(gè)或門的排列必須當(dāng) 74LS192的 8 個(gè)輸出全為低電平時(shí)，換而言之，就是計(jì)數(shù)到零時(shí)，或門最后一個(gè)輸出的才是低電平，從而觸發(fā)發(fā)光二極管和蜂鳴器，產(chǎn)生亮光和警報(bào)聲，達(dá)到了光電報(bào)警的。第 4章 電路仿真本次設(shè)計(jì)采用的是protues 軟件仿真，仿真結(jié)果如下1. 計(jì)時(shí)預(yù)備階段如圖 4-12. 計(jì)時(shí)階段如圖 4-24. 電路報(bào)警如圖計(jì)數(shù)到零時(shí)高位和低位 74LS192的八個(gè)輸出端

16、為低電平， 傳輸?shù)交蜷T組成的選擇電路。因?yàn)槿繛榈碗娖剿曰蜷T的最后輸出為低電平， 于是 LED燈、產(chǎn)生光電報(bào)警信號(hào)。5. 故障分析安裝完后，通電運(yùn)行，檢測(cè)出非時(shí)鐘脈沖信號(hào)，檢線后發(fā)現(xiàn)脈沖部分有一處錯(cuò)線，糾正后電路正常運(yùn)行，能實(shí)現(xiàn)要求功能。心得體會(huì) ：通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在本次的課程設(shè)計(jì)過自己選題，找材料，分析| 、設(shè)計(jì)等，也掌握一些軟件的操作方法，這為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們通過這個(gè)方案包括設(shè)計(jì)了一套數(shù)字電路原理和芯片上的選擇。在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗

17、費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。我認(rèn)識(shí)到做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)， 由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)芯片的功能，而且考試容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多芯片的功能，并且對(duì)于其在數(shù)字電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件及芯片印象深刻。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。經(jīng)過一個(gè)星期的實(shí)習(xí)， 過程曲折可謂一語難盡。 在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時(shí)滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無不令我回味無長。我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。實(shí)習(xí)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實(shí)習(xí)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次實(shí)習(xí)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。此次課