數(shù)電課程設(shè)計(jì)--籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　專業(yè)班級(jí)：</b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)：</b>&l

2、t;/p><p><b>　　年 月 號(hào)</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)要求************************************************************2</p><p>　　正文****************

3、************************************************2</p><p>　　1.設(shè)計(jì)原理******************************************************2</p><p>　　2.設(shè)計(jì)方案******************************************************3<

4、;/p><p>　　3.電路設(shè)計(jì)******************************************************3</p><p>　　4.元器件********************************************************7</p><p>　　5.邏輯電路圖************************

5、****************************7</p><p>　　安裝與測試*********************************************************11</p><p>　　1.電路的安裝***************************************************11</p><p>

6、　　2.電路的調(diào)試***************************************************11</p><p>　　課程設(shè)計(jì)小結(jié)*******************************************************12</p><p>　　參考文獻(xiàn)*********************************************

7、**************12</p><p>　　附錄***************************************************************13</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用，設(shè)計(jì)籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器。能夠滿足基本要求如下：具有

8、顯示30秒計(jì)時(shí)功能；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；計(jì)時(shí)器為30秒遞減計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)間隔為1秒。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)。同時(shí)應(yīng)用了七段數(shù)碼管來顯示時(shí)間。此計(jì)時(shí)器有了啟動(dòng)、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)計(jì)時(shí)功能，當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，會(huì)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　此計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由三個(gè)模塊組成，即計(jì)時(shí)模塊、控制模塊

9、、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)，譯碼顯示為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造主體電路和輔助電路兩個(gè)部分</p><p>　　關(guān)鍵字： 計(jì)時(shí)器 光電報(bào)警 模塊化 </p><p><b>　　正文：</b></p><p>&

10、lt;b>　　1.設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　30秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如下圖所示。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)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成30秒計(jì)時(shí)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)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時(shí)時(shí)間到報(bào)警等功能。</p><

11、;p>　　30秒計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　秒脈沖發(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)，本設(shè)計(jì)的信號(hào)電路采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。</p><p>　　譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報(bào)警電路在實(shí)驗(yàn)中可用發(fā)光二極管代替。 </p><p><b>　　

12、2.設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　分析設(shè)計(jì)任務(wù)，計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成30s計(jì)時(shí)功能，而控制電路具有直接控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停／連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。</p><p>　　當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)

13、封鎖時(shí)鐘信號(hào)CP，同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示“30”字樣；當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停／連續(xù)開關(guān)撥在暫停位置上時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停／連續(xù)開關(guān)撥在連續(xù)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　3.電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　8421BCD碼遞減計(jì)數(shù)器模塊電路</p><p>　　

14、實(shí)驗(yàn)中計(jì)數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制同步加法/減法計(jì)數(shù)器，它采用8421BCD碼二-十進(jìn)制編碼，其功能表如下表所示。</p><p>　　74LS192的功能表</p><p>　　由此看出,當(dāng)LDˊ=1,CR=0,CPD=1時(shí),如果有時(shí)鐘脈沖加到CPU端,則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加法計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)到9時(shí),COˊ端輸出進(jìn)位下降沿跳變脈沖；當(dāng)LDˊ=

15、1，CR=0，CPU=1時(shí)，如果有時(shí)鐘脈沖加到CPD端，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，BOˊ端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設(shè)計(jì)出三十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，具體電路圖如下圖所示,圖中的Q0-Q7分別接到顯示譯碼器的輸入端，CPD端接到秒脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端。圖中預(yù)置數(shù)為N=（0011000）8421BCD=（30）10，當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器的借位輸出端BOˊ輸出借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器才開始進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到高、低位計(jì)數(shù)器都為

16、零時(shí)，高位計(jì)數(shù)器的借位輸出端BOˊ輸出借位脈沖，使置數(shù)端LDˊ=0，則計(jì)數(shù)器完成置數(shù)，在CPD端輸入脈沖的作用下，進(jìn)行下一循環(huán)的減法計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　三十進(jìn)制減法計(jì)時(shí)器</b></p><p><b>　　時(shí)鐘信號(hào)控制電路</b></p><p><b>　　時(shí)鐘信號(hào)控制電路</b>

17、</p><p>　　時(shí)鐘脈沖信號(hào) CP 的控制電路 ,控制 CP 的放行與停止。當(dāng)定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，74LS192的借位輸出信號(hào)BO2=1時(shí)，則CLK信號(hào)受“暫停/繼續(xù)”開關(guān)S2的控制，當(dāng)S2處于“暫?！蔽恢脮r(shí)，門U10A輸出0，門U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)；當(dāng)S2處于“連續(xù)”位置時(shí)，門U10A輸出1，門U2A打開，放行CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器在CLK作用下，繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，BO2=0，門

18、U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變。從而實(shí)現(xiàn)了當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)處于暫停狀態(tài)時(shí)，控制電路封鎖計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示原來的數(shù)，而且保持不變；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)處于連續(xù)狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)，的功能要求。注意，BO2是脈沖信號(hào)，只有在CPD保持為低電平才能保持不變。</p><p>　　秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊電路</p><p>　　NE555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時(shí)器構(gòu)成，

19、其引腳圖如下圖所示。</p><p>　　NE555秒脈沖發(fā)生器的周期與其充電的時(shí)間有關(guān)，充電時(shí)間由電容C1、電阻R1和R2所決定周期的計(jì)算公式為：T=Ln2(R1+2R2)×C1。本實(shí)驗(yàn)需要的周期是1s，計(jì)算出較為穩(wěn)定的電阻電容值為：R1=15kΩ,R2=68kΩ, C1=10μF,C2=10nF。計(jì)算得T=1s。</p><p>　　當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零 ( 即定時(shí)時(shí)間到 )

20、 時(shí) , 控制電路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào) , 使計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時(shí)報(bào)警電路工作。如下圖所示。</p><p>　　當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí),兩計(jì)數(shù)器借位端輸出多為低（0）,故本設(shè)計(jì)將高位片借位反饋到二極管負(fù)極性端,此時(shí)+5V電源經(jīng)1k電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報(bào)警信號(hào),完成報(bào)警功能,而在遞減計(jì)數(shù)時(shí),端輸出為高（1）,二極管不報(bào)警。</p><p><b>　　+5V</b>&l

21、t;/p><p><b>　　600Ω</b></p><p><b>　　BO2 </b></p><p><b>　　發(fā)光報(bào)警電路</b></p><p><b>　　4.元器件：</b></p><p><b>　　5.

22、邏輯電路圖：</b></p><p>　　74LS192外引腳及時(shí)序波形圖。圖中、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）。</p><p>　　是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）， 、分別是進(jìn)位、借位輸出端（低電平有效），CR是異步清零端，D3-D0是并行數(shù)據(jù)輸入殿，Q3-Q0是輸出端。</p><p>　　74LS192功能表</p&

23、gt;<p>　　工作原理是：當(dāng)=1，CR=0時(shí)，若時(shí)鐘脈沖加到端，且=1 </p><p>　　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)，端發(fā)出進(jìn)位下跳變脈沖；若時(shí)鐘脈沖加到端，且 =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)， 端發(fā)出借位下跳變脈沖</p><p>　　圖2-6 555多諧振蕩電路圖</p><p>

24、;<b>　　輔助時(shí)序控制電路圖</b></p><p><b>　　三十進(jìn)制減法計(jì)時(shí)器</b></p><p><b>　　時(shí)鐘信號(hào)控制電路</b></p><p><b>　　安裝與測試</b></p><p><b>　　1.電路的安裝&l

25、t;/b></p><p>　　電路安裝要注意幾個(gè)原則：</p><p>　　1.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊的等；</p><p>　　2. 布線盡量使電源線和地線靠近實(shí)驗(yàn)電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；</p><p>　　3. 最好分模塊安裝等等。</p><p>　　此外焊接時(shí)不能出現(xiàn)虛焊、假焊

26、、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因?yàn)橛行┢骷?，不能耐高溫，比如焊接三極管時(shí)，電烙鐵絕對(duì)不能停留太久。</p><p><b>　　2.電路的調(diào)試</b></p><p>　　調(diào)試時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，電路安裝完畢后，首先應(yīng)檢查電路各部分的接線是否正確，檢查電源、地線、信號(hào)線、元器件的引腳之間有無短路，器件有無接錯(cuò)。再接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無異?，F(xiàn)象。如果出現(xiàn)

27、異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新通電。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)小結(jié)：</b></p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本設(shè)計(jì)方案基本完成了設(shè)計(jì)的要求，總的來說該方案是十分可行的，電路結(jié)構(gòu)簡單，條理清晰，結(jié)果符合要求。但是由于產(chǎn)生的脈沖信號(hào)不易保持以及產(chǎn)生的秒脈沖信號(hào)不夠穩(wěn)定和精確的原因還存在著報(bào)警時(shí)間過短和計(jì)數(shù)時(shí)間不夠精確的缺陷，可以通過用分頻電

28、路來代替555信號(hào)發(fā)生器來產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈沖計(jì)時(shí)信號(hào)，來進(jìn)一步改善電路計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性；對(duì)產(chǎn)生的借位脈沖信號(hào)時(shí)間過短的原因可以用展寬電路把脈沖擴(kuò)展到足夠?qū)?，使發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光。</p><p>　　從通過理論設(shè)計(jì)，到仿真軟件仿真，再到確定具體方案，再到安裝實(shí)際電路，最后到調(diào)試電路、成型。整個(gè)過程都需要我充分利用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行思考、借鑒。可以說，本次課設(shè)是針對(duì)前面所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行的一次比較綜合的檢驗(yàn)。</p>

29、<p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　艾永樂、付子義.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 中國電力出版社</p><p>　　劉修文.《數(shù)字電子電路設(shè)計(jì)制作》 中國電力出版社</p><p>　　朱定華.《電子電路測試與實(shí)驗(yàn)》 清華大學(xué)出版社</p><p>　　王毓銀.《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)》（脈沖與