电子课程设计报告篮球比赛倒计时器.doc

课程设计报告课程名称： 电子技术课程设计 设计题目： 篮球比赛倒计时器 专 业： 自动化 班 级： 1班 学号： 20090220125 学生姓名： 时 间： 2012 年 2 月 20 日 2 月26 日 以下指导教师填写分项成绩：出勤 成品 答辩及考核 总 成 绩：总分 成绩 指导教师： 前 言 电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识与实践能力相结合的重要环节，是真正锻炼学生能力的环节。为今后进行复杂的综合型电子系统的设计和调试打下基础。 在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯等。 本课程设计“篮球比赛倒计时器的设计”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间24秒限制。一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动的报警从而判定此球员的违例。本设计主要能完成：电路具有24.0秒时间显示功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的置数、启动/连续和暂停功能；计数过程中，无论处于何种状态，当按下置数键时，计数重新开始；计时器为递减计时，其计时间隔为0.1秒；当计时器递减计时到零时，显示器显示0，同时发出CP同步闪烁报警信号等。整个电路的设计借助于Proteus仿真软件以及数字电路相关理论知识，并在Proteus下设计和进行仿真，得到了预期的结果。目录第1章 绪论11.1课程设计意义.11.2 设计任务及要求11.2.1 设计任务.11.2.2 基本要求及目标.1第2章 电路框图及工作原理12.1 设计方案12.2 电路框图2第3章 单元电路的设计.23.1 24进制计数器的设计.23.2 数码显示电路的设计.43.3 0.1秒脉冲的设计.53.4 报警电路的设计.73.5 整机工作原理.7第4章 电路仿真.8心得体会.10参考文献.11第1章 绪论1.1 课程设计意义电子课程设计是学生在修完“数字电子技术基础”、“模拟电子技术基础”和“电子技术基础实验”后开设的设计课程。目的是锻炼学生综合运用电子技术基础知识以及动手的能力，提高学生使用中规模集成芯片以及调试较大型电子系统的能力，同时了解基本逻辑单元电路在实际生活中的应用，为今后进行复杂的综合型电子系统的设计和调试打下基础。通过课程设计，使学生加强对数字及模拟电子技术的理解，学会查阅资料、方案比较、方案选择以及原理图设计、计算、制作、调试等基本技能，增强分析、解决实际问题的能力。1.2 设计任务及要求1.2.1 设计任务1电路具有24.0秒时间显示功能；2系统设置外部操作开关，控制计时器的置数、启动/连续和暂停功能；3计数过程中，无论处于何种状态，当按下置数键时，计数重新开始。4计时器为递减计时，其计时间隔为0.1秒；5当计时器递减计时到零时，显示器显示0，同时发出CP同步闪烁报警信号。6该电路可应用于篮球比赛1.2.2 基本要求及目标1、根据课题任务进行设计并绘制电路原理图。2、根据原理图，用相关元器件搭建并测试电路，制作实物。3、撰写设计报告。4、设计报告格式要求：课题任务的相关参数与指标。选择集成电路芯片，列出材料清单。绘制EDA电路原理图，分析电路工作原理。测试逻辑功能，描述调试方法。写出心得体会。5课程设计报告1份。6制作成品1套。第2章 电路框图及工作原理2.1 设计方案  篮球比赛计时系统的主要功能包括：进攻方24.0秒倒计时和计时结束警报提示。攻方24.0秒倒计时，当比赛准备开始时，屏幕上显示24.0秒字样，当比赛开始后，倒计时从24.0倒数到00.0。这一模块主要是利用双向计数器74LS192来实现；报警提示：当计时器到零时给出光电提醒。 此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示、报警为主要功能，在此基础上构造电路。2.2基本原理 24秒计时器的总体参考方案如框图所示：它包括秒脉冲发生、递减计数、三位译码驱动显示、报警电路、控制开关和控制电路等模块组成。计数部分完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的置数、启动、暂停/连续等功能。脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，电路采用555集成电路。译码显示电路由74LS48和共阴极八段数码管组成。报警电路在实验中用发光二极管代替。主体电路：24.0秒倒计时开始后，24秒置数，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，0.1秒倒计到零。选取“00.0”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号。第3章 单元电路的设计3.0所用元器件七段译码器74LS48（内有驱动）3片、可逆十进制计数器74LS192 3片、三输入或非门74LS27 1片、二输入与非门74LS00 3片、共阴极数码管SM120501K 3个、六反相器74LS04 1片、555定时器1片。开关3个，电容10、1微法各1，电阻10K、470欧姆若干，LED1个，实验板，稳压电源，万用表，导线若干。3.1 24进制计数器的设计计数器选用集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加法计数器，它采用8421码十进制编码，并具有直接清零、置数、加减计数功能。图3-1是74LS192引脚排列。图中CU、CD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。PL是异步并行置数控制端（低电平有效），TCU和TCD是进位、借位输出端（低电平有效），MR是异步清零端，P3-P0是并行数据输入端，Q3-Q0是输出端。图3-1 74LS192的引脚排列74LS192的功能表见表3-1所示。表 3-1 74LS192功能表输入输出MRCUCDP0P1P2P3Q0Q1Q2Q31×××××××000000××abcdabcd011××××加计数011××××减计数当PL=1，MR=0时，若时钟脉冲加到端CU，且CD =1则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，TCU端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到CD端，且CU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，TCD 端发出借位下跳变脉冲。由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下图3-2所示。图3-2 8421BCD二十四递减计数器其预置数为N=（00100100.0000）= (24)10。在CD端的输入时钟脉冲作用下，开始递减。只有当低位 TCD 端发出借位脉冲时 , 高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零 , 完成一个计数周期，然后手动置数PL=0, 计数器完成置数 ,再次进入下一循环减计数。3.2 数码显示电路的设计根据设计的要求采用74LS48译码器来驱动共阴极数码显示管。74LS48芯片是一种常用的七段数码管驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中。74LS48和共阴极七段LED显示器如图3-3连接。这样连接74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需像CC4511外接限流电阻。图3-3 显示电路74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线。LT()为测试端，低电平有效，当LT()=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，ag输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。RBI()为灭零输入端,低电平有效。在LT()=1，RBI() =0，且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭。但当译码输入不全为0时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。BIRBI是一个特殊的端口，有时作用于输入，有时作用于输出，在这里不多做介绍。74LS48功能表见表3-2。输入输出字形数字LT()RBI()A B C DBI/RBOa b c d e f g012345678911111111111XXXXXXXXX0 0 0 01 0 0 00 1 0 01 1 0 00 0 1 01 0 1 00 1 1 01 1 1 00 0 0 11 0 0 111111111111 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10123456789消隐脉冲消隐灯测试X10X0XXXXX0 0 0 0XXXX0010 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 18表3-2 74LS48的功能表七短数码管的引脚图如图3-4所示，在使用时要注意是共阳还是共阴，其中3脚和8脚相连为公共端，因为此次设计是使用的共阴极数码管，所以在电路中接地，6脚为小数点引脚，在设计中没要求不需要对其处理。图3-4 七短数码显示管的引脚图3.3 0.1秒脉冲的设计脉冲信号发生部分脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。电路图如下图所示。根据设计要求，电路需要产生间隔为0.1秒的时间脉冲，完成正确的计数功能。所以选择NE555定时器来设计此电路。从而产生标准的秒脉冲。用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供脉冲，如图3-5 所示。公式：Tw1=0.7 (R2 +R5) C1 Tw2=0.7R2 C1振荡周期计算公式：T=0.7 (R2 +2R5) C10.1s图 3-53.4 报警电路的设计 根据设计要求，要产生光电报警，我们采用5个或门组成一个选择电路，一个发光二极管产生光亮，一个蜂鸣器发出报警。如图3-6所示图 3-63.5 整机工作原理电路总图篮球竞赛24秒计时器主要是由0.1秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路组成。控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。由附录1可见图中有SW1和SW2两个开关，SW1为置数，SW2为暂停。SW1闭合，74LS192被置数，显示电路出现数字24。完成置数后断开SW1，启动计时。若此时秒脉冲电路的SW2为断开，则产生连续秒脉信号输入到计数器，数码管上的数字就会自动减1，闭合SW2，秒脉冲暂停，计数递减暂停，断开SW2又恢复计数递减，这就实现了暂停/连续功能。在计数递减的同时，74LS192的8个输出端也随之产生高低电平变化来控制报警电路5个或门的高低电平的变化。由附录1可见，5个或门的排列必须当74LS192的8个输出全为低电平时，换而言之，就是计数到零时，或门最后一个输出的才是低电平，从而触发发光二极管和蜂鸣器，产生亮光和警报声，达到了光电报警的。第4章 电路仿真本次设计采用的是protues软件仿真，仿真结果如下1.计时预备阶段如图4-12.计时阶段如图4-2 4.电路报警如图计数到零时高位和低位74LS192的八个输出端为低电平，传输到或门组成的选择电路。因为全部为低电平所以或门的最后输出为低电平，于是LED灯、产生光电报警信号。5.故障分析安装完后，通电运行，检测出非时钟脉冲信号，检线后发现脉冲部分有一处错线，纠正后电路正常运行，能实现要求功能。心得体会： 通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析|、设计等，也掌握一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套数字电路原理和芯片上的选择。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我认识到做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个芯片的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多芯片的功能，并且对于其在数字电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件及芯片印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个课程设计对我们的作用是非常大的。经过一个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！成品附录图：参考文献：1.康华光主编电子技术基础（数字部分） 高等教育出版社20062.朱清慧、张凤蕊主编Proteus教程 清华大学出版社 2008 3.21IC中国电子网（） 5阎石数字电子技术基础第四版北京：高等教育出版社，1998