篮球比赛30秒倒计时论文Word格式.docx
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Thecircuithasfivemainmodules:
pulsegenerator,counters,displaydecodercircuit,controlcircuitandalarmcircuitismainlyusedasanoscillatorcircuit555bythe74LS192,74LS48andatotalofSeven-SegmentLEDdigitaltubeYamconstituteatimecircuit,Directcontrolcircuithasatimercountertostartcountingdirectcontrol,pause/rowcount,thedisplayofdisplaycircuitdecodingfunctions.Whenthecontrolcircuittoopentheclosureofthehomeseveraltime,digitaltubedisplayinfigure24,everytime1secondspulsesignalinputtothecounter,thedigitaltubewillautomaticallyreducethenumberof1,decreasingtozerowhenthetimerandalarmcircuitissuedphotoelectricalarmsignalandthebuzz.
Keywords:
counter;
30secondscounter;
decodingdisplaycircuit;
controlcircuit;
alarmcircuit
目录
绪论1
1设计要求和设计方案1
1.1设计要求1
1.2设计方案1
2简易篮球比赛计时基本组成及工作原理2
2.1电路组成2
2.2工作原理2
2.2.1555振荡电路2
2.2.274LS48译码电路6
2.2.374LS192计时数器8
3调试10
3.1.1三极管表态电压、电流测试10
3.1.2集成电路表态工作点的测试10
4总体电路图和PCB图12
5个人心得13
参考文献16
附录17
绪论
数字电子技术课程设计是数字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。
本课程设计是脉冲数字电路的简单应用,设计了篮球竞赛30秒计时器。
此计时器功能齐全,可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能,同时应用了七段数码管来显示时间。
此计时器有了启动、暂停和连续功能,可以方便地实现断点计时功能,当计时器递减到零时,会发出光电报警信号。
本设计完成的中途计时功能,实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功能,在社会生活中也具有广泛的应用价值。
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,译码显示为主要功能,在此结构的基础上,构造主体电路和辅助电路两个部分
1设计要求和设计方案
.任务要求
设计一个篮球竞赛30S进攻时间限制计时器。
2.性能指标要求:
(1)工作时间可在1—30S内任意设定。
(2)30S计时器是递减计时器,间隔为1S。
能用LED数码管显示剩余工作时间,还能显示到1/10秒。
即当计时开始时显示出所设定的总时间,每当计时10个1/10S,显示器的数字立即减1。
(3)减1计时到7S时,发出三声低音预告信号。
(4)减1计时到零时(工作时间到),发出三声高声,并自动停止计时。
(5)具有暂停/继续工作、清零复位和启动计时功能。
3.设计与测试
按任务要求,设计电路,计算参数,选择元器件。
根据所设计的电路和所选择的元器件制板,焊接安装电路,并按照调试步骤进行调试。
逐步排除故障最终达到设计要求
4.成果要求
(1)课程设计说明书一本。
要求:
内容完整,图表完备,字迹工整,条理清晰,分析有据
(2)计算机图纸两张(原理图和PCB图)
布局合理,清晰完整,图形大小合适,图形和符号要规范。
(3)所用元器件清单,
(4)电路仿真和实体—套。
1.2设计方案
82421BCD码30进制数递减计数器是由74LS192构成的。
30进制数递减计数器的预置数为N=(00110000)8421BCD=(30)D。
它的计数原理是,每当低位计数器的BO端发出负跳变借位脉冲时,高位计数器减1计数。
当高、低位计数器处于全0,同时在CP=0的期间,高位计数器BO=LD=0,计数器完成异步置数,之后BO=LD=1,计数器在CP时钟脉冲作用下,进入下一轮减计数。
辅助时序控制电路,由与非门电路控制时钟信号CP的放行与禁止。
本实验设计要求计时间隔要为1s,所以其脉冲频率要为1Hz。
则555时钟脉冲发生器输出的脉冲信号为1Hz,令电容1C为10uF,由()1650243.1CRRf+≈可令R5=51K、R6=47K,1Hz的脉冲信号经一个十进制的计数器后输出的频率为1Hz。
2简易篮球比赛计时基本组成及工作原理
2.1电路组成
电路由秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助控制
电路五部分组成,见图1-1.
图1-1计时器方框图
2.2工作原理
2.2.1555振荡电路
产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准,但本设计对此信号的要求并不是太高,电路可以采用555集成电路构成。
用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟。
555电路如下,其中接口3作为输入信号输入整个电路。
控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/继续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。
集成时基电路又称为集成定时器或555电路,是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路,应用十分广泛。
它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路,由于内部电压标准使用了三个5K电阻,故取名555电路。
其电路类型有双极型和CMOS型两大类,二者的结构与工作原理类似。
几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556;
所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556,二者的逻辑功能和引脚排列完全相同,易于互换。
555和7555是单定时器。
556和7556是双定时器。
双极型的电源电压VCC=+5V~+15V,输出的最大电流可达200mA,CMOS型的电源电压为+3~+18V,555管脚如图2-7:
图2-7
(1)构成单稳态触发器图2-8
图2-8
暂稳态的持续时间tw决定于外接元件R、C值的大小。
tw=1.1RC通过改变R、C的大小,可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化
(2)构成多谐振荡器如图(a)(b)
T=tw1+tw2,tw1=0.7(R1+R2)C,tw2=0.7R2C
555电路要求R1与R2均应大于或等于1KΩ,但R1+R2应小于或等于3.3MΩ。
由NE555构成的多谐振振荡器。
接通电源后,电容C2被充电,Vc上升,当Vc上升到2/3Vcc时,触发器被复位,同时放电BJTT导通,此时V0为低电平,电容C通过R5和T放电,使Vc下降,当下降至1/3Vcc时,触发器又被置位,V0翻转为高电平。
当C放电结束时,T截止,Vcc将通过R5和Rw、R4向电容器充电,当Vc上升到2/3Vcc时,触发器又发生翻转,如此周而复始,在输出端就得到一个周期性的方波,其频率为:
f=1/(t1+t2)f=1.44/(R1+2R2)C
在这里我们选择R5=68K,C2=10uf,只要调节Rw7K即可输出1HZ,达到要求。
(3)施密特触发器(C)
秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准,但本设计对此信号要求并不太高,故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。
2.2.274LS48译码电路
译码显示电路由74LS48和共阴极七段LED显示器组成。
报警电路在实验中可用发光二极管和鸣蜂器代替。
主体电路,30秒倒计时。
30秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关,比赛开始后,30秒的置数端无效,30秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时,逐秒倒计到零。
选取“00”这个状态,通过组合逻辑电路给出截断信号,让该信号与时钟脉冲在与门中将时钟截断,使计时器在计数到零时停住。
如前所述,分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。
因此,为了使数码管能将数码所代表的显示出来,必须将数码经译码器译出,然后经驱动器点亮对应的段。
例如,对于8421码的0011状态,对应的十进制数为3,则译码驱动器应使a、b、c、d、g各段点亮。
即对应于某一组数码,译码器应有确定的几个输出端有信号输出,这是分段式数码管电路的主要特点。
图2-3
七段显示译码器输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器。
该集成显示译码设有多个辅助控制端,以增强器件的功能。
它有3上辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下
图2-4
灭灯输入BI/RBO
BI/RBO是特殊控制端,有时作为输入,有时作为输出。
当BI/RBO作输入使用且BI=0时,无论其它输入端是什么电平,所有各段输入a—g均为0,所以字形熄灭。
试灯输入LT
当LT=0时,BI/RBO是输出端,且此时无论其它输入端是什么状态,所有各段输出a—g均为1,显示字型8。
该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。
动态灭零输入RBI
当LT=1,RBI=0且输入代码DCBA=0000时,各段输出a—g均为低电平,与BCD码相应的字形0熄灭,故称“灭零”。
利用LT=0与RBI=0可以实现某个一位的“消隐”。
此时BI/RBO是输出端,且RBO=0。
动态灭零输出RBO
BI/RBO作为输出使用时,受控于LT=1且RBI=0,输入代码DCBA=0000时,RBO=0:
若LT=0或者LT=1且RBI=1,则RBO=1。
该端主要用于显示多位数字时,多个译码器间的连接。
从功能表还可以看出,对输入代码0000,译码条件是:
LT和RBI同时等于1,面对其它输入代码仅要求LT=1,这时候,译码器各段a—g输出的电平是由输入BCD决定的,并且满足显示字形的要求。
2.2.374LS192计数电路
计数器是一个用以实现计数功能的时序部件,它不仅可用来计脉冲数,还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。
计数器种类很多。
按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分,有同步计数器和异步计数器。
根据计数制的不同,分为二进制计数器,十进制计数器和任意进制计数器。
根据计数的增减趋势,又分为加法、减法和可逆计数器。
还有可预置数和可编程序功能计数器等等。
74LS192是同步十进制可逆计数器,具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能,其引脚排列及逻辑符号如图所示。
如图为74LS192的引脚图2-6
图2-6
LD—置数端
CPU—加计数端
CPD—减计数端
CO—非同步进位输出端
BO—非同步借位输出端
D0、D1、D2、D3—计数器输入端
Q0、Q1、Q2、Q3—数据输出端CR—清除端
74LS192同步十进制逻辑功能表:
输入
输出
CRLDCPUCPDD3D2D1DO
Q3Q2Q1Q0
1XXXXXXX
00XXdcba
01↑↑XXXX
011↑XXXX
0111XXXX
0000
dcba
加计数
减计数
保持
当清除端CR为高电平“1”时,计数器直接清零;
CR置低电平则执行其它功能。
当CR为低电平,置数端LD也为低电平时,数据直接从置数端D0、D1、D2、D3置入计数器。
当CR为低电平,LD为高电平时,执行计数功能。
执行加计数时,减计数端CPD接高电平,计数脉冲由CPU输入;
在计数脉冲上升沿进行8421码十进制加法计数。
执行减计数时,加计数端CPU接高电平,计数脉冲由减计数端CPD输入.
此实验我们用到计数器由两片74LS192同步十进制可逆计数器构成。
利用减计数RD=0,LD=0,CPD=1,实现计数器按8421码递减进行减计数。
利用借位输出端BO与下一级的CPD连接,实现计数器之间的级联。
利用预置数LD端实现异步置数。
当RD=0,且LD=0时,不管CPU和CPD时钟输入端的状态如何,将使计数器的输出等于并行输入数据,即Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。
(C)
3调试
3.1.1三极管表态电压、电流测试
首先要测量三极管三极地电压,Ub.Uc.Uc,来判断三极管是否在规定的状态(放大、饱和、截止)内工作。
例如,测出Uc=0V,Ub=0.68V,Uc=0v,则说明三极管处于饱和导通状态,看该状态是否与设计相同,若不相同,则要细心分析这些数据,并对基极偏置进行适当的调整。
其次再测量三极管集电极表态电流,测量方法方法有两种:
(1)直接测量法。
直接测量法是把集电极焊接铜断开,然后串入万用表,用电流挡测量电流。
(2)间接测量法。
间接测量法是通过测量三极管集电极电阻或发射极电阻的电压,然后根据欧姆定律I=U/R,计算出集电极静态电流。
3.1.2集成电路表态工作点的测试
(1)集成电路各引脚静态对地电压的测量。
集成电路内的晶体管、电阻、电容都封装在一起,无法进行调整。
一般情况下,集成电路各脚对地电压基本上反映了内部工作状态是否正常。
在排除外围元件损坏(或插错元件、短路)的情况下,只要将所测得电压与正常电压进行比较,可做出正确判断
(2)集成电路静态工作电流的测量。
有时集成电路虽然正常工作,但发热严重说明功耗偏大,是表态工作电流还正常的表现,所以要测量表态工作电流。
测量时可断集成电路供电引脚铜,串入万用表,使用电流挡来测量。
若是双电源供电,则必须分别测量
3.1.3数字电路表态逻辑电平的测量
一般情况下,数字电路只有两种电平,经TTL与非电路为例,0。
8V以下为低电平,1。
8以上为高电平。
电压在0.8—1.8V电路状态是不稳定的,所以该电压范围是不允许的。
不同数字电路高低电平界限都有所不同,但相关不远。
在测量数字电路的表态逻辑电平时,先在输入端加入高电平或仰电平,然后再测量各输出端的电压是高电平还是低电平,并做好记录。
测量完毕后分析其状态电平,判断是否符合该数字电路的逻辑关系。
若不符合,则要对电路引线作一次详细检查,或者更换该集成电路。
4总体电路图,PCB图和仿真电路如图4-1,4-2,4-3所示
图4-1
图4-2
图4-3
5课程设计心得
本次电力电子课程设计,运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程,我们通过亲自动手,学到很多很多的的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
我最大的收获就是提高了自身的动手能力,培养了我的寻求解决问题的能力和团队精神也增强了我其它方面的能力。
在设计中,我充分应用我们所学的知识,例如:
集成电路74LS系列、三极管、整定时器555、蜂鸣器、共阴共阳数码管等元件的应用。
这次实践使我受益匪浅,在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增强了我的实际操作能力。
对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理解,为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。
在让我体会到设计电路艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐。
这次课设用到了Protues仿真软件,可以用软件来仿真电路图,,边用Proteus仿真,边调试。
极大的方便了学习电子爱好者。
用到AltiumDesignerWinter09画图软件。
在这次课程设计过程中,查阅了不少芯片手册,也阅读了不少有关数字电路设计的资料,其中也不乏有关篮球三十秒计时器的实例,这些都是制作电路必须的理论准备,可以为你的设计添砖铺瓦,并减少很多盲目的查找。
电子技术发展呈现出系统集成化,自动化,设计自动化,用户专业化和测试智能的优势,作为一个大学生。
我们必须时代的发展,这使我们必须要扩展自己的知识,并利用计算机来辅助分析和设计,这对我们是有益的。
课程设计的自主设计、学习和研究过程中,通过写课程设计的总结报告,初步训练我的书面表达能力。
组织逻辑能力,这些技能应用性强,对我的将来就业和进一步发展帮助较大同时也加强了对课本知识的理解,使我们做到理论与实际的联系,收获很大。
并且我也深深地体会到自己所学的不足,激发了我的自学能力和应对挑战的能力。
为今后学习打下了良好的基础,培养了我们严谨务实,戒骄戒躁的作风。
此外,这次的毕业设计也让我们看到了团队的力量,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。
在遇到问题时就在一起探讨,积极查询相关资料,共同解决问题。
团结协作是我们成功的一项非常重要的保证,这次设计也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
参考文献
[1]《电子电路设计与实践、姚福安编著山东科学技术出版社》
[2]《电子技术基础课程设计》、梁宗树华中理工大学出版社
[3]《数字逻辑电路设计与实验》、绳广基编著上海交通大学出版社
[4]《数字集成电路应用300例》、黄继昌等主编人民邮电出版社
[5]《电子技术实验指导书》李国丽、朱维勇主编,中国科技大学出版社
[6]《电子技术基础模拟部分》康华光主编、高教出版
附录
元件清单如下:
元件名称
数量/个
51K
1
47K
1k
1u
10n
开关
3
蜂鸣器(5V)
NE555
74LS08
74LS48
LED共阴数码管
74LS192
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- 篮球比赛 30 倒计时 论文