电子课程设计报告篮球比赛倒计时器Word下载.docx
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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…………………………………………………………………………1
1.1课程设计意义………………………………………………………………..1
1.2设计任务及要求…………………………………………………………………1
1.2.1设计任务……………………………………………….……………………1
1.2.2基本要求及目标……………………………………………………..…….1
第2章电路框图及工作原理………………………………………………………1
2.1设计方案…………………………………………………………………………1
2.2电路框图…………………………………………………………………………2
第3章单元电路的设计…………………………………………………...………2
3.124进制计数器的设计………………………………………………….………..2
3.2数码显示电路的设计………………………………………………..………….4
3.30.1秒脉冲的设计….…………………………………………………..……5
3.4报警电路的设计………………………………………………………..………7
3.5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:
①课题任务的相关参数与指标。
②选择集成电路芯片,列出材料清单。
③绘制EDA电路原理图,分析电路工作原理。
④测试逻辑功能,描述调试方法。
⑤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(有驱动)3片、可逆十进制计数器74LS1923片、三输入或非门74LS271片、、二输入与非门74LS003片、共阴极数码管SM120501K3个、六反相器74LS041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。
3.124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3-174LS192的引脚排列
74LS192的功能表见表3-1所示。
表3-174LS192功能表
输入
输出
MR
CU
CD
P0
P1
P2
P3
Q0
Q1
Q2
Q3
1
×
a
b
c
d
↑
加计数
↓
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3-28421BCD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,a~g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。
BI\RBI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。
字形
数字
——LT
———RBI
ABCD
BI/RBO
abcdefg
2
3
4
5
6
7
8
9
X
0000
1000
0100
1100
0010
1010
0110
1110
0001
1001
1111110
1100000
1101101
1111001
0110011
1011011
1011111
1110000
1111111
1111011
消隐
脉冲消隐
灯测试
XXXX
0000000
表3-274LS48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
3.30.1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)C1Tw2=0.7R2C1
振荡周期计算公式:
T=0.7(R2+2R5)C1≈0.1s
图3-5
3.4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3-6
3.5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4-1
2.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2006
2.朱清慧、凤蕊主编《Proteus教程》清华大学2008
3.21IC中国电子网(.21ic.)
4..baidu.
5.阎石.数字电子技术基础.第四版.:
高等教育,1998
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- 电子 课程设计 报告 篮球比赛 计时器