电子信息工程实训课程说明及讲义Word下载.docx
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1、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,是将理论知识和实践能力相统一的一个环节,是真正锻炼学生能力的一个环节。
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、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做时间提醒设备等等,由此可见计时器在现代社会是何其重要的。
篮球作为一项全民健身项目,已有一定的历史。
在中国,篮球很盛行,篮球比赛也日趋职业化。
篮球比赛中有一项违例时间要用倒计时器,目前多数采用的是24秒制,但随着篮球制度的改革将会采用30秒制。
有需要就会有市场,因此设计一款30秒计时器是非常有必要也非常有前景的。
该款计时器是在原来的基础上把24秒制改为30秒制。
该计时器要有递减计时及报警功能。
因此符合比赛中违例判罚的需要。
在篮球比赛中,规定了球员的持球时间不能超过30秒,否则就犯规了。
本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”,可用于篮球比赛中,用于对球员持球时间30秒限制。
一旦球员的持球时间超过了30秒,它自动的报警从而判定此球员的犯规。
本设计主要能完成:
显示30秒倒计时功能;
系统设置外部操作开关,控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能;
在直接清零时,数码管显示器全部显示为“0”;
计时器为30秒递减计时其计时间隔为0.1秒;
计时器递减计时到零时,数码显示器不灭灯,同时发出光电报警信号等。
整个电路的设计借助于10.0.1仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识,并在10.0.1下设计和进行仿真,得到了预期的结果。
2方案的选定
2.1设计任务及要求
基本要求:
①设计一个计时器,要求具有显示24秒计时功能。
②设置外部操作开关,控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能。
③在直接清零时,要求数码显示器灭灯。
④计时器为24秒递减计时,计时间隔为1秒。
提高要求:
计时器递减计时到零时,数码显示器不能灭灯,同时发出光电报警信号。
2.2计时器的特点及其应用
此篮球计时器操作方便,具有直接清零、启动和暂停/连续功能以及报警功能,大量的运用在篮球比赛里。
2.3设计方案的比较及选定
本设计的核心部分是要设计一个24s倒计数器,并且对计数结果进行实时显示,同时要实现设计任务中提到的各种控制要求,因此该系统包括秒脉冲发生电路,计数器电路,译码显示电路,控制电路和电路报警电路5部分。
其中,计数器电路和控制电路时系统的主要部分。
计数器电路完成24s倒计时功能,而控制电路具有直接控制计数器的启动记数、暂停、连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。
为了满足系统的设计要求,在设计控制电路时,应正确处理各个信号之间的时序关系。
在操作直接清零开关时,要求计数器清零,数码显示器显示零。
当启动开关闭合时,控制电路应封锁时钟信号,同时计数器完成置数功能,译码显示电路显示24S字样;
当启动开关断开时,计数器开始计数;
当暂停。
连续开关拨在暂停位置上时,计数器停止计数,出于保持状态;
当暂停、连续开关拨在连续时,计数器继续递减计数。
系统设计框图如
(1)、
(2)。
(1)方案1:
图1整体方框图一
(2)方案2:
方案一的控制电路对每一单元模块实行独立的控制,相对及方案2电路更具有稳定性,所以我们选择方案1。
3电路设计原理及实验电路
3.1试验理论分析
(1)8421码24进制数递减计数器是由74192构成的。
74192是十进制计数器,具有“异步清零”和“异步置数”功能,且有进位和借位输出端。
在减计数时,当需要进行多级扩展连接时,只要将低位的端接到高位的端,因为只有当低位片的计数结果到零状态时,才会有脉冲输出,且以低电平作为有效输出。
只有当低位端发出借位脉冲,高位计数器才做减计数。
当高,低位计数器全为零时,且为0时,置数端2,计数器完成并行置数,在端得输入时钟脉冲作用下,计数器进入下一轮循环减计数。
此计数器预置数为(00100100)=(24)10。
.
(2)辅助时序控制电路,由及非门电路控制时钟信号的放行及禁止。
(3)本设计要求计时的时间间隔为1s,输出频率为1,所以脉冲频率要为10。
采用由555集成块组成的标准脉冲发生电路。
3.2电路设计
此计数器由秒脉冲发生电路,计数器电路,译码显示电路,控制电路和电路报警电路5部分组成。
3.2.1标准脉冲发生电路的设计
秒脉冲发生电路产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准,本电路采用555集成电路构成。
图3标准秒脉冲发生电路
标准脉冲电路如上图所示[1],它由555定时器组成的多谐振荡器,为系统提供时钟秒脉冲。
555定时器应用为多谐振荡电路时,当电源接通通过电阻R1和R2向电容C2充电,其上电压按指数规律上升,当上升至2/3,使3脚输出为低电平,同时放电三极管T导通,此时电容C2通过R2和T放电,2脚处电压下降,当2脚处电压下降到3时,3脚处电压翻转为高电平,电容C2放电所需的时间为
(1)
当放电结束时,T截止,将通过R1,R2向电容C2充电,2处电压由上升到2/3所需时间为
(2)
当上升到2/3时,电路又翻转为低电平。
如此周而复始,于是,在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波。
定时元件为15kΩ、为68kΩ、C为10μF,产生1的标准脉冲信号,振荡器振荡频率计算公式
(3)
3.2.2计数器电路的设计
图4计数器及译码显示电路
计数器采用74192同步可逆双时钟计数器[5],其管脚引线排列图如图4所示。
74192的端分别是加/减计数器的时钟输入端。
在置数控制端1.清零端0的情况下,若1,计数脉冲加入到端,则计数器在预置数的基础上完成加计数,端发出进位负脉冲,若1,计数脉冲加入到端,则计数器在预置数的基础上完成减计数,当减计数到0时,借位输出端发出借位负跳变脉冲。
为异步并行置数端,当0时,计数器置数,1时,计数器处于计数状态.计数器及译码显示电路如图4所示。
用两片74192设计成二十四进制减法计数器,由7448译码,7端码显示器显示计时时间。
计数器个位接成四进制,置数端均接低电平“0”,计数器十位接成二进制,A.B两置数端接高电平“1”,端接低电平“0”。
计数脉冲信号接入个位计数器的减脉冲输入端(端接高电平)。
根据设计要求,计数器计数到零时停止计数,为此,将十位计数器的借位端及脉冲信号源通过及门连接,使计数到零时,0,封锁信号,计数器保持零状态不变,控制电路发出报警声信号,使报警电路工作,信号灯亮。
3.2.3单元译码显示电路的设计
图5单元译码显示电路
用7448和共阴极显示器组成,如图7所示,7448输入信号为码,输出端为a、b、c、d、e、f、g共七线,另有3条控制线。
端为测试端。
在端接高电平的条件下,无论输入端A、B、C、D为何值,输出全部为高电平,使7段显示器件显示“8”字型,此功能用于测试器件。
为灭零输入端。
在1的条件下,当输入A、B、C、D不全为零时,仍能正常译码输出,使显示器正常显示。
端为消隐输入端。
该输入端具有最高级别的控制权,当该端为低电平时,不管其他输入端为何值,输出端均为低电平,这可使共阴显示器熄灭。
另外,该端还有第二个功能─灭零信号输出端,当该位输入的A、B、C、0000时,此时输出低电平;
若该位输入的A、B、C、D不等于零,则输出高电平。
若将及配合使用,很容易实现多位数码显示时的灭零控制。
7448可直接驱动共阴极数码管而不需要外界限流电阻。
此处要是保持数码管不黑屏就将0,置1就可以了,是检查数码管的好坏的,如果不需要的话直接接高电平。
其他端口按照的对应关系连接好以保证显示正确,确保接地成功。
此处将0、、全部接高电压,是为了让数码管正常工作,这三端只在焊接电路板时对数码管进行好坏的检测时使用。
3.2.4控制电路的设计
图6控制电路
篮球竞赛24秒计时器功能控制由外部开关控制实现,如图8所示S1控制计数器的暂停/计数控制。
S1为“1”时(左合),秒脉冲发生器发出的脉冲信号被封锁,计数器暂停计数,当S1为“0”时(右合),控制门电路打开,秒脉冲信号送到计数器的减脉冲输入端,开关S3控制的异步并行置数控制端,当S3闭合时,0,计数器预置数,S3断开时,1,计数器处于计数工作状态。
计数器清零由S2开关控制,1时计数器清零,0时,计数器正常计数。
3.2.5报警电路的设计
图7放光报警电路
如图7所示,报警电路采用型号发光二极管,发光二极管具有单向导电性。
只有当外加的正向电压使得正向电路足够大时才发光,它的开启电压比普通二极管的大,正向电流越大,发光越强。
当24秒计时结束到00时,发光二极管发光提醒计时人员。
4电源电路
图8直流稳压电源结构图
电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值,然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压,尤其此脉动的直流电压还含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤除,从而得到平滑的直流电压。
但这样的电压还随电网电压波动,负载和温度的变化而变化,因而在整流、滤波电路之后,还需要稳压电路。
稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电压稳定。
图9电源电路
直流稳压交流电经过整流和滤波可以变成直流电,但是它的电压是不稳定的,供电电压的变化或用电电流的变化,都能引起电源电压的波动。
要获得稳定不变的直流电源,还必须再增加由7805稳压块组成的直流稳压电路,图中电流稳压交流电经过桥堆的整流后,会产生纹波,很不稳定,在其后面接C12,进行滤波,由于电解电容具有电感性,无法完全消除纹波,这个时候就需要再后面再并联一个小电容C13,C12是输入端的滤波电容,C14是输出端的滤波电容,电路中7805是三端集成稳压器,输出正5V直流电压,输入电压至少大于7V,使输入/输出之间有2-3V及以上的压差。
5电路的仿真
图10仿真图
将各部分电路模块连接成完整的篮球竞赛24秒计数电路,如图5所示。
篮球竞赛24秒计时器开始计数之前,首先将控制开关S3左合,使计数器清零端1,计数器清零。
此时,显示器显示“00“。
然后将S3右合,使0,不影响计数器的工作状态。
将计数/暂停控制开关S1右合,使计数器处于计数状态。
此时,控制开关S1引入低电平,打开控制门电路,秒脉冲信号将通过及非门和反相器输入到个位计数器的减计数输入端端。
再将置数端控制门开关S3闭合,使0,对74192进行预置数。
由于计数器已经设置成二十四进制,为此,显示器将显示24。
断开开关S3
(1),计数器从二十四开始减计数,计数时间到,十位计数器的借位端0,此信号将关闭控制门电路,秒脉冲信号被封锁,计数器不能获得计数脉冲而暂停计数,并保持零状态不变,显示器显示“00”,一次计时完成。
同时,控制电路发出报警信号,报警电路工作,信号灯亮。
6重要元器件引脚图及逻辑图
6.174192资料
图中:
为置数端,为加计数端,为减计数端,为非同步进位输出
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