數(shù)字電路課程設計彈道設計

1、淮海工學院課程設計報告書 課程名稱：電子技術課程設計（二）題 目： 彈道計時器設計 系 （院）： / 學 期： 2010-2011-1 專業(yè)班級： 88姓 名： 999999 學 號： 555555 評語：成績：簽名：日期：一、所選課題： 彈道計時器的設計二、任務與要求設計一個用來測量手槍子彈等發(fā)射物速度的便攜式電池供電計時器，這種計時器可用來測定子彈或其他發(fā)射物的速度。競賽射手通常用這種設備來測定裝備的性能?；静僮饕笫牵荷涫衷趦蓚€分別產(chǎn)生起始測量脈沖和終止測量脈沖的光敏傳感器上方射出一個發(fā)射物，兩個光傳感器（本例中假定為陰影傳感器）分開放置，兩者之間的距離已知。發(fā)射物在兩個傳感器之間的飛

2、行時間直接與發(fā)射物的速度成正比。如下圖所示，當子彈等發(fā)射物從上方經(jīng)過起始傳感器產(chǎn)生ST信號，經(jīng)過終止傳感器時產(chǎn)生SP信號。傳感器之間的距離是固定的。通過測量子彈等發(fā)射物經(jīng)過傳感器之間的時間T就可計算出子彈的速度V=S/t。圖1三、方案制定使用中規(guī)模集成電路設計彈道計時器。此方案中主要用到555定時器、十進制計數(shù)器、譯碼器、七段數(shù)碼管以及一些小型門電路和觸發(fā)器等。四、彈道計時器的原理運用中規(guī)模集成電路設計本課題要分為一下幾點：（1）傳感器對計數(shù)器的控制。在傳感器的選擇上，要注意傳感器的輸出信號能否直接控制下一級電路。此論文中采用天幕靶控制計數(shù)器的工作與停止。天幕靶是一種光電傳感器，它能將光信號轉

3、變成電信號，在子彈遮蔽第一個天幕靶時，即會產(chǎn)生一個脈沖，此脈沖帶動計數(shù)器工作，在子彈遮蔽下一個天幕靶時又產(chǎn)生一個脈沖，讓計數(shù)器停止工作。若將此脈沖作為使能信號，就必須使其從子彈到達第一個天幕靶一直維持到子彈到達第二個天幕靶。由此便想到了利用觸發(fā)器的特性達到此要求。（2）脈沖發(fā)生器的設計。用石英晶體振蕩器和分頻器構成時鐘脈沖。因為555定時器組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率只有500KHz，而本設計要求脈沖頻率較高，故采用石英晶體振動器。（3）計數(shù)器及其顯示問題。常用的十進制計數(shù)器有74LS160、74LS192等。顯示部分一般選用7448驅動七段共陰LED。假定需要4個十進制計數(shù)器級聯(lián)構成。并且計

4、數(shù)器要配以清零電路，在一次測量完成后要按下清零鍵才能進行下一次的測量。方波信號發(fā)生器起始終止傳感器CPSTSP控制電路計數(shù)電路七段數(shù)碼管圖2原理框圖五、各單元電路的設計1、傳感器天幕靶是一種以光電轉換為基礎，用于探測飛行彈丸到達空間某一預定位置時刻的儀器，主要由天幕鏡頭、光電轉換器件、狹縫光闌以及處理電路等組成。在室外工作時，天幕靶以天空為背景，由于狹縫光闌的作用，天幕鏡頭的視場為有一定厚度的扇形，通常稱之為“天幕”。一旦彈丸進入該天幕，遮住天幕投射到狹縫的部分光能使光電轉換器件上的光電流發(fā)生變化，該變化信號經(jīng)處理電路放大、整形后輸出一個脈沖信號。用兩臺天幕靶與一臺計時儀配合組成測速系統(tǒng)，即可

5、測量彈丸的飛行速度，如圖1所示。當彈丸穿過天幕靶的扇形天幕時，計時儀在脈沖信號的觸發(fā)下開始計時；當彈丸穿過天幕靶的扇形天幕時，天幕靶向計時儀發(fā)出一脈沖信號，使計時儀停止計時。由此，計時儀給出彈丸飛行間距為S的兩個扇形天幕的時間t，則彈丸在此距離S內(nèi)的平均速度為2、控制電路此部分電路采用觸發(fā)器為核心構成。以下為觸發(fā)器相關資料：在某些應用場合下，需要這樣一種邏輯功能的觸發(fā)器，當控制信號T=1時每來一個時鐘信號它的狀態(tài)就翻轉一次；而當T=0時，時鐘信號到達后它的狀態(tài)保持不變。具備這種邏輯功能的觸發(fā)器稱為觸發(fā)器。它的特性表如下：TQ000011101110從上表可以寫出觸發(fā)器特性方程為：邏輯符號如下：

6、圖3，由JK觸發(fā)器構成的T觸發(fā)器事實上只要將JK觸發(fā)器的兩個輸入端連在一起作為T端，就可以構成T觸發(fā)器。正因如此，在觸發(fā)器的定型產(chǎn)品中通常沒有專門的T觸發(fā)器。為了達到觸發(fā)器的效果，在電路T端前加裝反相器即可。圖4，控制電路示意圖3、脈沖發(fā)生器電路由于晶片的等效動態(tài)電感很大,而動態(tài)電容C 很小,損耗電阻r 也很小,因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q 很大,一般可達數(shù)量級以上,還由于晶片本身諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸大小等有關,而且石英晶片的機械性能十分穩(wěn)定,做工精細,因此利用石英晶體組成的振蕩電路可以獲得很高的頻率精確度和穩(wěn)定度,完全可以滿足絕大多數(shù)模擬和數(shù)字系統(tǒng)對頻率精確度和穩(wěn)定度的要

7、求。查閱資料后決定選取頻率為25MHz的石英晶體振蕩器HC-49/U 25MHz。構成如下電路圖，為本實驗的脈沖發(fā)生電路。圖5，脈沖發(fā)生電路4、計數(shù)電路計數(shù)電路采用六片74LS160芯片構成。四片74LS160級聯(lián)構成一百萬進制計數(shù)器，如圖6所示（只畫出個位和十位兩片）。此電路中采用并行進位方式接法，以第一片的進位輸出C作為第二片的EP和ET輸入，每當?shù)谝黄嫵?（1001）時C變?yōu)?，下一個CLK信號到達時第二片為計數(shù)工作狀態(tài)，計入1，而第一片計成0（0000），它的C端回到低電平。第一片的EP和ET受傳感器經(jīng)觸發(fā)器產(chǎn)生的控制信號控制，當控制信號為1時開始計數(shù)；控制信號變?yōu)?時，停止計數(shù)并保

8、持，此時顯示器顯示當前數(shù)值。圖6計數(shù)器連接示意圖5、譯碼顯示電路譯碼器的功能是將輸入的二進制代碼轉換為高低電平輸出。譯碼電路的功能是將秒、分、時計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應的數(shù)字。用于驅動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有7448等。7448是BCD-7段譯碼器/驅動器，輸出高電平有效，專用于驅動LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。若將秒、分、時計數(shù)器的每位輸出分別送到相應七段譯嗎管的輸入端，便可以進行不同數(shù)字的顯示。在譯碼管輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻R作為限流電阻。下圖為7448驅動的譯碼顯示電路：圖7，7448驅動的譯碼顯示電路，6、彈道計時器總電路原理說明：由天幕靶采集的高電平脈沖信號從如圖左

9、下角輸入端接入T觸發(fā)器，因為觸發(fā)器使能端一直為0，則觸發(fā)器不會跳變，保持到下一個采集信號到來。在此期間，74LS160計數(shù)器計數(shù)高頻脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖用來計時，結果經(jīng)過顯示譯碼器譯碼由七段數(shù)碼管顯示。六、元器件清單1) 7段數(shù)碼管4個；2) 74LS160D計數(shù)器4個；3) 74LS48D顯示譯碼器4個；4) 74LS76D觸發(fā)器(JK)一個；5) 74LS04D反相器2個；6) HC-49/U_25MHz晶振1個；7) 電阻、電容若干個；七、心得體會剛開始拿到課題的時候，我是一籌莫展，不知如何下手。通過這幾個星期的課程設計，我對如何設計一個數(shù)字電路有了相當?shù)牧私?，也有許多感觸。作為一名

10、大三學生，我覺得能做這樣的課程設計是十分有意義。在已度過的近三年大學生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎課的理論面，如何去面對現(xiàn)實中的各種電路設計？如何把我們所學到的專業(yè)基礎理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。通過這次的課程設計，加強了我的動手能力，提高了我的運用知識解決問題的能力。在本次課程設計中我做的題目是：彈道計時器的設計。在整個方案設計中，我運用了數(shù)字電子的相關知識觸發(fā)器和晶振電路。沒有知識是從天而降的，沒有獲得不需要付出。我這學期學習了數(shù)字電子技術基礎的知識，但是知識繁多，在課堂上不能一一弄懂、弄精，這一次的課程設計

11、給了我機會，讓我更加深刻的對模電知識有了深刻的學習和認識。在我拿到題目時，當時我覺得這題目很簡單，沒有什么大不了的，不就是一個一計數(shù)器的設計么，還能難住我？所以在設計過程中，我把數(shù)字電路書上的相關內(nèi)容如：譯碼器、顯示器、觸發(fā)器等都看了一遍，而且我也去圖書館找了一些關于相關設計的書來仔細研究。通過認真看書與仔細研究，我終于對如何設計一個計時器有了眉目，并且想了一些比較可行的方案。這次課程設計使我發(fā)現(xiàn)了自身存在的許多不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學習的興趣，我想這將對我以后的學習產(chǎn)生積極的影響。其次，這次課程設計讓我充分認識到團隊合作的重要性，只有分工協(xié)作才能保證整個項目的有條不絮。另外在課程設計的過程中，當我們碰到不明白的問題時，指導老師總是耐心的講解，給我們的設計以極大的幫助，使我們獲益匪淺。因此非常感謝老師的教導。通過這次設計，我懂得了學習的重要性，了解到理論知識與實踐相結合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。我覺得作為一名電子科學與技術專業(yè)的學生，這次課程設計是很有意義的。更重要的是如何把自己平時所學的東西應用到實際中?？傊@次課程設計，我學到了很多很多。也感謝有這么