數(shù)電課程設計---30秒計時器

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　學生姓名： 專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： 工作單位： </p><p>　　題目: 30秒計時器</p><p>&l

2、t;b>　　電路設計</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　1系統(tǒng)原理框圖2</b></p><p>　　2方案設計與論證2</p><p>　　2.1秒脈沖發(fā)生電路

3、4</p><p><b>　　2.2控制電路5</b></p><p><b>　　2.3計數(shù)電路7</b></p><p>　　2.4譯碼及顯示單元電路8</p><p>　　2.5報警電路錯誤！未定義書簽。</p><p>　　3單元電路的設計11</p

4、><p>　　3.1秒脈沖產生電路的設計11</p><p>　　3.2計數(shù)電路的設計11</p><p>　　3.3控制電路的設計............................................................................................................. 13</p

5、><p>　　3.4譯碼及驅動顯示電路設計12</p><p>　　3.5 報警電路........................................................................................................................16</p><p>　　3.6 電路總圖1

6、4</p><p>　　4仿真結果及分析15</p><p>　　4.1 時鐘結果仿真錯誤！未定義書簽。</p><p>　　4.2 秒鐘個位時序圖錯誤！未定義書簽。</p><p>　　4.3報時電路時序圖錯誤！未定義書簽。</p><p>　　4.4測試結果分析錯誤！未定義書簽。</p>&

7、lt;p>　　5心得與體會錯誤！未定義書簽。</p><p><b>　　6參考文獻17</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　計時器在人類生活中有著非常重要而廣泛的應用，古時候人們就開始用沙漏和水漏做定時工具，隨著科技和社會的發(fā)展，人們開始用全新的方法來改造計時器以達到準確計

8、時的目的。</p><p>　　籃球競賽計時器就是一種典型的計時器的應用。在籃球比賽中規(guī)定球友持球的時間不能超過30秒，否則就是犯規(guī)。本課程設計的“籃球競賽30秒計時器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間進行30秒限制，一旦球員持球的時間超過了30秒，它將自動報警從而判定刺球員的犯規(guī)。</p><p>　　本文設計用的是實現(xiàn)以中小規(guī)模集成電路設計計時器的方法，它是一種典型的數(shù)字電路，其

9、中包括了組合邏輯電路和時序電路。它是由時鐘脈沖產生電路、計數(shù)電路、譯碼驅動及顯示電路、報時電路及電源電路組成。時鐘脈沖采用555定時器構成多諧振蕩電路產生，。。。。通過EDA軟件Multisim10繪制了電子電路仿真原理圖，并進行仿真，同時用萬能板焊接制作了硬件實現(xiàn)電路。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Clock ，as w

10、e all know，is widly and importantly used in human life.in ancient,our ancestor</p><p>　　began to use sandglass and hourglass as timework,but,with the fast development of science and sociaty,people start usin

11、g all new method to change out clock and make it more exacat.</p><p>　　Basketball game is a particular field to use clock.there is a rule in basketball game that player can’t hold the ball exceed 30 seconds,

12、otherwise it is a foul.”the 30 seconds clock in basketball game”designed in my course design can used in badketball game,to limited players hold the ball in 30seconds.ones players hold ball over 30 seconds it will give a

13、n alarm by itself to judge the player is foul.</p><p>　　What the paper use is the design to realize medium scale with integrated circuit design method, it is a kind of typical digital circuits, including the

14、 portfolio logic circuit and the sequential circuits.It is constitute by the clock pulse circuits, counting circuit, decode drive and display circuit, chime circuit and power circuit component. Clock pulse 555 timing con

15、stitute by multiple resonance swing circuit produce,... we draws electronic circuit simulation principle chart and simulation thr</p><p><b>　　1系統(tǒng)原理框圖</b></p><p><b>　　圖 1系統(tǒng)原理框圖&

16、lt;/b></p><p>　　1秒脈沖發(fā)生器： 秒脈沖信號發(fā)生器需要產生一定精度和幅度的矩形波信號。實現(xiàn)這樣矩形波的方法很多，可以由非門和石英振蕩器構成，可由單穩(wěn)態(tài)電路構成，可以由施密特觸發(fā)器構成，也可以由555點哭構成等。</p><p>　　不同的電路隊矩形波頻率的精度要求不同，由此可以選用不同電路結構的脈沖信號發(fā)生器。本實驗中由于脈沖信號作為計數(shù)器的計時脈沖，其精度直接影

17、響計數(shù)器的精度，因此要求脈沖信號有比較高的精度。一般情況下，要做出一個精度比較高的 頻率很低的振蕩器有一定的難度 工程上解決這一問題的辦法就是先做一個頻率比較高的矩形波震蕩器，然后將其輸出信號通過計數(shù)器進行多級分項，就可以得到頻率比較低 精度比較高的脈沖信號發(fā)生器，其精度取決于振蕩器的精度和分級項數(shù)。</p><p>　　2．30秒減法計數(shù)器： 30秒減法計數(shù)器采用74LS192設計，74LS192是十進制同步

18、加法|減法計數(shù)器，采用8421BCD碼編碼，具有直接清零 異步置數(shù)功能。</p><p>　　74LS192的邏輯功能表如下：</p><p>　　3.控制電路 按照系統(tǒng)的要求，電路應該完成以下4個功能；</p><p>　　1）當操作直接清零按鍵時，要求計數(shù)器清零。</p><p>　　2）當啟動按鍵閉合時，控制電路應封鎖時鐘信號CP（秒

19、脈沖信號），同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，顯示器顯示30秒字樣。當啟動按鍵釋放時，計數(shù)器開始減法計數(shù)。</p><p>　　3）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)，顯示器顯示原來的數(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)，另外，外部操作開關都應該采取消抖措施，以防止機械抖動造成電路工作不穩(wěn)定。</p><p>　　4）當計數(shù)器遞減到零時，控制

20、電路輸出報警信號，計數(shù)器保持狀態(tài)不變。</p><p><b>　　2方案設計與論證</b></p><p>　　2.1時間脈沖產生電路</p><p>　　方案一：由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。</p><p>　　圖 2 555與RC組成的多諧振蕩器圖</p><

21、;p>　　方案二:由14位二進制串行計數(shù)器/分頻器和振蕩器CD4060、BCD同步加法計數(shù)器CD4518構成的秒信號發(fā)生器。</p><p>　　圖 3 石英晶體振蕩器圖</p><p>　　電路中利用CD4060組成兩部分電路。一部分是14級分頻器，其最高分頻數(shù)為16384；另一部分是由外接電子表用石英晶體、電阻及電容構成振蕩頻率為32768Hz的振蕩器。震蕩器輸出經(jīng)14級分頻后在

22、輸出端Q14上得到1/2秒脈沖并送入由1/2 CD4518構成的二分頻器，分頻后在輸出斷Q1上得到秒基準脈沖。</p><p><b>　　方案選擇:</b></p><p>　　本課程設計中對秒脈沖信號的精度要求并不是很高，并且方案二中用CD4060和分頻器構成的基準秒脈沖發(fā)生電路較于前者要復雜的多，而且CD4060和CD4518我們平常很少用，對其功能和引腳信息了

23、解不多，所以，我們選用了方案一，用555定時器構成電路中的脈沖信號發(fā)生器。</p><p><b>　　2.2控制電路</b></p><p>　　(1) 暫停/連續(xù)控制電路</p><p>　　電路中通過外部操作開關控制脈沖信號的連續(xù)與暫停來實現(xiàn)整個電路的連續(xù)與暫停功能。通過開關控制高低電平的接入，進而控制秒脈沖是否接入計數(shù)器，從而達到暫停和

24、連續(xù)的功能。原理圖如下所示。</p><p>　　(2) 置數(shù)/啟動控制電路</p><p>　　利用單刀雙擲開關一端接地一端接電源，控制給計數(shù)電路的復位清零引腳接入高低電平</p><p><b>　　2.3計數(shù)電路</b></p><p>　　在數(shù)字系統(tǒng)中使用的最多的時序電路要算是計數(shù)器了。計數(shù)器不僅能用于對時鐘脈沖

25、計數(shù)，還可以用于分頻、定時、產生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進行數(shù)字運算等。</p><p>　　計數(shù)器的種類非常多。如果按計數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時翻轉分類，可以將計數(shù)器分為同步式和異步式兩種。在同步計數(shù)器中，當時鐘脈沖輸入時觸發(fā)器的翻轉是同時發(fā)生的。而在異步計數(shù)器中，觸發(fā)器的翻轉由先有后，不是同時發(fā)生的。在設計中我們選擇的是同步加/減計數(shù)器74LS192。它是雙時鐘同步可逆計數(shù)器，是8421BCD碼計數(shù)，其詳細引腳圖

26、及功能表如下：</p><p>　　圖3.3.1 74LS192引腳圖</p><p>　　表3.3.1 74LS192功能表</p><p>　　表中CR是清零端，LD是置數(shù)端，CPU是加計數(shù)時鐘輸入端，CPD是減計數(shù)時鐘輸入端，D3﹑D2﹑D1﹑D0DO都是計數(shù)器預置數(shù)輸入端，Q3﹑Q2﹑Q1﹑Q0都是數(shù)據(jù)輸出端，另外，C0是非同步進位輸出端，BO是非同步借位

27、端輸出端。</p><p>　　2.4譯碼驅動及顯示單元電路</p><p>　　BCD碼七段譯碼驅動器型號有74LS47（共陽）74LS48（共陰）、CD4511（共陰）等，本設計采用的是74LS48。</p><p>　　其中A-D為BCD碼輸入端;a-g為譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅動LED共陰數(shù)碼管；LT’為測試輸入端，LT’=0時，譯碼輸出全為“1”

28、；BI’為消隱輸入端，BI’=0，譯碼輸出端全為“0”；LE為鎖定端，LE=1時譯碼器處于鎖定狀態(tài)，譯碼輸出端保持在LE=0時的數(shù)值，LE=0為正常譯碼。</p><p>　　74LS48內有上拉電阻，故只需要在輸出端與數(shù)碼管管腳端之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當輸入碼超過1001時，輸出全為“0”，數(shù)碼管熄滅。</p><p><b>　　74LS48引腳圖&

29、lt;/b></p><p><b>　　3.5 報警電路</b></p><p>　　設計中要求電路在計數(shù)為0時實現(xiàn)光電報警的功能。設計方案中發(fā)光二極管實現(xiàn)了這一功能。電路圖如下圖。</p><p>　　當高位計數(shù)器的數(shù)值減到0時，向前借位借口~BO又高電平變?yōu)榈碗娖?，有點路可知這是LED二極管亮，達到光電報警的作用。</p>

30、;<p><b>　　3單元電路的設計</b></p><p>　　3.1時間脈沖產生電路的設計</p><p>　　產生1Hz時間脈沖的電路圖</p><p>　　由于R1=600Ω,R6=100Ω,C1=10Uf,C2=10nF，因為T=(R1+2R2)C㏑2 ，算得T=1.008 s </p><p&g

31、t;　　3.2計數(shù)電路的設計</p><p>　　30秒籃球計時器，只需要進行單一的遞減計算，所以在設計中我選擇的是同步加/減計數(shù)器74LS192。它是雙時鐘同步可逆計數(shù)器，是8421BCD碼計數(shù)。</p><p>　　設計中通過兩片74LS192的級聯(lián)來實現(xiàn)一個30進制的計數(shù)器。當?shù)臀黄瑥?跳到9時，高位片進位加一，直到實現(xiàn)三十秒的計數(shù)功能。再者，因為要求中提到要求電路要實現(xiàn)倒數(shù)計時，所

32、以74LS192的加計數(shù)器信號輸入當應該加上無用性號（高電平）。計數(shù)電路的核心是置數(shù)部分。本設計中的30秒只需將兩計數(shù)器的輸入端分別置為0011和0000即可，采用同步置數(shù)的方式來實現(xiàn)30置數(shù)。因為74LS192是十進制的計數(shù)器，所以當?shù)褂嫊r為0時，計數(shù)器會跳到99，因此我們采用99置數(shù)來解決這個問題，最后讓顯示器停在30秒處。計數(shù)電路如下：</p><p>　　3.3 控制電路的設計</p>&l

33、t;p>　　控制電路如上圖所示，包括暫停/連續(xù)控制電路和置數(shù)/啟動控制電路來實現(xiàn)整個裝置的暫停計數(shù)和繼續(xù)計數(shù)，重新置數(shù)和啟動計數(shù)的功能。當B開關置于置數(shù)位置時，不管C置于哪端都不開始計數(shù)；當B開關置于啟動端時，開關C至于連續(xù)端時開始計數(shù)，開關C至于暫停端時計數(shù)暫停。</p><p>　　3.4 譯碼及驅動顯示電路</p><p>　　譯碼電路的功能是將計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相

34、應的數(shù)字。用于驅動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅動器，其輸出是OC門輸出且低電平有效，專用于驅動LED七段共陽極顯示數(shù)碼管。如圖9所示。若將計數(shù)器的每位輸出分別接到相應七段譯碼器的輸入端，便可進行不同數(shù)字的顯示。</p><p>　　3.5 報警電路的設計</p><p>　　報警電路的設計見上面的2.5。</p><

35、p><b>　　3.6電路總圖</b></p><p><b>　　圖 4 電路總圖</b></p><p>　　4調試及測試結果分析</p><p><b>　　4.1 調試</b></p><p>　　在這兩周的課程設計中，通過查找資料、比較各種方案、討論，最終確立了

36、比較簡單又比較完善的方案,基本完成了此次課程設計的任務。</p><p><b>　　4.2 結果分析</b></p><p><b>　　(1)控制電路檢查</b></p><p>　　電路控制部分沒有問題。</p><p><b>　　(2)顯示電路檢查</b></p

37、><p>　　電路顯示部分沒有問題。</p><p>　　(3)、計時電路檢查</p><p>　　計時電路部分沒有問題。</p><p>　　(4)、555脈沖發(fā)生電路檢查</p><p>　　脈沖發(fā)生電路沒有問題。</p><p>　　(5)、報警電路檢查</p><p>

38、;　　報警電路光沒有問題。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　此次電子課程設計是理論與實踐相結合的最好形式。在設計過程中，通過自主查找數(shù)據(jù)和其他資料，接觸到了很多新鮮的東西。</p><p>　　經(jīng)過這次課程設計，才明白自己要做一個電子產品是多么的不容易。里面的過程要求我們要非常細心。確實是一件不輕松的工作，不僅要有

39、較強的動手能力，還要有靈活應用芯片理論的功底，為此需要閱讀大量關于這方面的書籍。</p><p>　　在這次課程設計過程中，查閱了不少芯片手冊，也閱讀了不少有關數(shù)字電路設計的資料，這些都是制作電路必須的理論準備，可以為你的設計添磚鋪瓦，并減少很多盲目的查找。</p><p>　　綜合來講，本次的課程設計從設計帶到焊接都是我們我學知識的檢驗。</p><p><