课程设计报告篮球30秒倒数计时器.docx
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课程设计报告篮球30秒倒数计时器
课程设计报告-篮球30秒倒数计时器
信电学院
课程设计说明书
(2011/2012学年第二学期)
课程名称:
电子技术课程设计
题目:
篮球30秒倒数计时器
专业班级:
自动化3班
学生姓名:
程江峰
学号:
100410317
指导教师:
马志钢
设计周数:
两周
课设成绩:
2012年7月5日
一、课程设计摘要--------------------------------------------
二、课程设计正文
1、课程设计任务与要求
2、方案设计(系统控制电路框图及说明)
3、元器件详细介绍
4、系统原理图、印制板图及其说明
5、安装、调试及性能测试与分析
6、课程设计总结及心得
三、课程设计总结
四、附录(PCB图)
五、参考文献
一、课程设计摘要
通过电子技术课程设计的综合训练,培养独立思考、分析问题、解决问题的能力,培养工程实践能力、创新能力和综合设计能力。
根据所学模拟电子技术、数字系统与逻辑设计的理论,对模拟电子线路、数字电子线路以及模拟与数字综合电子线路进行设计、安装与调试。
定时电路是数字系统中的基本单元电路,它主要由计数器和振荡器组成。
定时电路主要利用分立元件,中规模集成器件555定时器。
用555定时器实现的定时电路主要应用单稳态触发器原理,实现定时器的功能。
在实际工作中,定时器的应用场合很多,例如,篮球比赛规则中,队员持球时间不能超过30秒,就是定时电路的一种具体应用。
篮球竞赛30秒定时器电路主要利用555定时器产生时钟脉冲,触发计数器进行从30至00倒计数,并将计数结果通过译码电路和数码管显示,当计数器减至00时,报警电路进行报警。
二、课程设计正文
1、课程设计任务与要求30秒计时功能,两位数字显示,计时间隔为1秒。
完成硬件制作实现30秒减计数,每次减计时结束后,蜂鸣器报警提示,数码管显示00;电路需设置外部开关,可使定时器直接复位,并具有启动计时、暂停/连续计时功能。
2、方案设计(系统控制电路框图及说明)
设计原理框图:
30秒定时器电路的原理框图
由图2.1可知,30秒定时电路主要由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助控制电路五部分组成。
其中,秒脉冲发生器和计数器是系统的主要组成部分。
秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准,是整个定时电路的动力基础,采用555集成电路组成的多谐振荡器构成。
计数器完成30秒计时功能,而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数功能,译码显示电路完成计时显示功能、报警电路完成定时时间到报警功能。
本设计的秒脉冲发生器采用555集成电路,计数器采用两片74LS192芯片组成30进制递减计数器,译码显示电路用CD4511进行译码和共阴极七段数码管显示器组成,报警电路在设计中用发光二极管和蜂鸣器组成。
3、元器件介绍
元器件详单
元件名
型号
数量
555定时器
555
1
计数器
74LS192
2
译码器
CD4511
2
七段共阴极数码管
2
发光二极管
1
蜂鸣器
1
开关
2
电容
2
电阻
6.8K
1
电阻
68K
2
电阻
100
15
电阻
0
10
电阻
10K
2
三极管
8550
1
2输入四与门
74LS08
1
4、系统原理图、印制板图及其说明
一、单元电路分析
根据设计思路和原理框图,对各个单元电路进行分析,逐次设计出各个单元电路。
1、秒脉冲发生器
(1)555定时器电路的基本原理
555定时器内部结构图如图所示。
555定时器内部结构图
由图可以看出,555内部结构包括两个电压比较器C1和C2,一个基本RS触发器和一个集电极开路的放电三极管TD三部分构成。
VI1是比较器C1的反相输入端,也称阈值端,用TH表示。
VI2是比较器C2的同相输入端,也称触发端,用TR表示。
VR1和VR2是C1和C2的基准电压,VCO是控制电压输入端,当VCO悬空时,VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。
若VCO接固定电压时,VR1=VCO,VR2=1/2VCO。
/RD是清零端,当/RD=0时,VO=0;当/RD=1时,电路处于工作状态。
555定时器的逻辑功能主要取决于比较器C1、C2的工作状态,分析如下,在无外加控制电压VCO的情况下:
1、当VI1>VR1,VI2>VR2时,比较器输出VCl=0,VC2=1,触发器置0,使得定时器输出VO=0,同时TD导通。
2、当VI1 3、当VI1 555集成定时器功能真值表 (2)秒脉冲发生器电路设计 图中OUT引脚为输出端,即由555产生的1HZ脉冲又此输出至CD4511输入端。 接通电源后,电容C被充电,当VC上升到2VCC/3时,使V0为低电平,同时放电三极管T导通,此时电容C通过R23和T放电,VC下降。 当VC下降到VCC/3时,V0翻转为高电平。 电容器C放电所需的时间为 t=R23Cln2≈0.7R23C 当放电结束时,T截止,VCC将通过R11、R23向电容C充电,由VCC/3上升到2VCC/3所需的时间为 t=(R11+R23)Cln2≈0.7(R11+R23)C 当VC上升到2VCC/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一个周期性的矩形波。 由上可得计算公式为: T=0.7(R11+2R23)C,根据计算得,R11=47K,R23=51K,C=10μF。 2、计数器电路 计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计,74LS192是十进制可编程同步加/减计数器,它采用8421码二一十进制编码,并具有直接清零、置数、加/减计数功能。 74LS192的真值表如表所示。 74LS192真值表 74LS192引脚图如下: ◆CPU为加计数时钟输入端,CPD为减计数时钟输入端。 ◆LD为预置输入控制端,异步预置。 ◆CR为复位输入端,高电平有效,异步清除。 ◆CO为进位输出: 1001状态后负脉冲输出, ◆BO为借位输出: 0000状态后负脉冲输出。 74LS192功能表如下: (1)74LS192的工作原理 当/LD=1,CR=0时,若时钟脉冲加入到CPu端,且CPd=l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,/CO端发出进位下跳变脉冲;若时钟脉冲加入到端CPd,且CPu=1,则计数器在预置数基础上完成减计数功能,当计数减到0时,/BO端发出借位跳变脉冲。 由74LS192构成的三十进制递减计数器如图所示。 三十进制递减计数器 图中CPU、CPD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端(上升沿有效)。 /LD是异步并行置数控制端(低电平有效)。 /CO、/BO分别是进位、借位输出端(低电平有效)。 CR是异步清零端,D3~D0是并行数据输入端,Q3~Q0是输出端。 74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。 (2)计数器单元电路 74LS192的计数原理是: 只有当借位/BO1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,且CPd为0时,置数/LD2端等于0,计数器完成并行置数,在CPd端的输入时钟脉冲作用下,计数器再次进入下一循环减计数。 计数器单元电路如图所示。 计数器单元电路 该电路图上的两个74192的QA、QB、QC、QD端分别接译码器4511的ABCD端作为译码输入,计数器预置数为30,但计数器减为00时,高位的计数器/BO端输出报警信号报警电路报警。 3、译码显示电路 CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,特点: 具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。 可直接驱动LED显示器。 CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器,引脚排列如图2所示。 其中abcd为BCD码输入,a为最低位。 LT为灯测试端,加高电平时,显示器正常显示,加低电平时,显示器一直显示数码“8”,各笔段都被点亮,以检查显示器是否有故障。 BI为消隐功能端,低电平时使所有笔段均消隐,正常显示时,B1端应加高电平。 另外CD4511有拒绝伪码的特点,当输入数据越过十进制数9(1001)时,显示字形也自行消隐。 LE是锁存控制端,高电平时锁存,低电平时传输数据。 a~g是7段输出,可驱动共阴LED数码管。 另外,CD4511显示数“6”时,a段消隐;显示数“9”时,d段消隐,所以显示6、9这两个数时,字形不太美观图3是CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路,若要多位计数,只需将计数器级联,每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。 所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的,在应用中应接地。 限流电阻要根据电源电压来选取,电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。 CD4511引脚图如下: 其功能介绍如下: BI: 4脚是消隐输入控制端,当BI=0时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭(消隐)状态,不显示数字。 LT: 3脚是测试输入端,当BI=1,LT=0时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮,显示“8”。 它主要用来检测数码管是否损坏。 LE: 锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态,译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g: 为译码输出端,输出为高电平1有效。 CD4511具有锁存、译码、消隐功能,通常以反相器作输出级,通常用以驱动LED。 其引脚图如3-2所示。 各引脚的名称: 其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D;5、4、3分别表示LE、BI、LT;13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。 左边的引脚表示输入,右边表示输出,还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。 4511管脚排列图 输 入 输 出 LE BI LI D C B A a b c d e f g 显示 X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8 X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 消隐 1 1 1 X X X X 锁 存 锁存 CD4511的真值表 4、数码管 共阴数码管内部结构 常见数码管的内部结构大体分为两类,一是共阴极,二是共阳极。 共阴就是将数码管内部LED的阴极接到一起并接低电平,如图5.4所示。 共阴极数码管内部结构 5、清零/工作电路 清零/工作电路如图所示。 清零/工作电路 清零/工作电路由单刀双掷开关与电阻组成。 当开关打到清零端,即接高电平时,输出高电平至74192的CLR端,计数器清零;当开关打到工作端,即接地,输出低电平至74192的CLR端,清零端无效,计数器处在工作状态。 6、暂停/工作电路 暂停/工作辅助电路是由两个与门组成,当开关打到暂停端,触发器输出0,与555定时器输出的时钟脉冲一起通过与门,使得555定时器输出脉冲不能通过与非门,输出为低电平至74LS192的CPD端,令计数器停止工作;当开关打到工作端,触发器输出为1,与/BO端输出的高电平和555定时器输出的时钟脉冲一起通过与非门,使得555定时器输出脉冲通过与非门,将脉冲送74LS192的CPD端,触发计数器工作。 7、报警电路 报警电路用二极管设计。 报警电路如图所示。 报警单元电路 D1接/BO端,R14接电源,当计数器74192倒计数减为0时,/BO输出低电平,发光二级管导通,发光报警。 二、总电路图 将以上各单元电路组合,得篮球竞赛30秒定时器电路如图所示。 由555组成的秒脉冲发生器发出频率为1HZ脉冲,该脉冲经由与门送至由两片74LS192组成的30进制减法计数器,计数器的计数结果送至由两个CD4511组成的译码器,译码结果送至七段共阴极数码管并有其显示。 计数器递减至00时,发出报警信号,LED点亮,蜂鸣器报警。 按下开关键“S1”则暂停。 开关“S2”预置清零。 三、制作过程 (1)制板 a裁板 b转印 c腐蚀: 采用过硫酸钠与水配制成的1: 3的溶液,把板子放溶液里浸泡半小时左右,用清水冲洗。 d打眼 e用去污粉把板表面覆盖物擦掉,由于板面的铜线在空气中放置易氧化变黑,刷一层松香水起保护作用,然后晾干 (2)安装与焊接 a安装时注意电容与电阻要保持横平竖直的原则;疏密的布局;先安装不重要的元件 b安装电阻时可采用卧装,适用于小功率,并且抗震 c安装时注意各个器件的管脚,正负极插正确 d焊接中的烙铁采用内热式 e修理工具: 烙铁头易被氧化,氧化层用砂纸磨掉,擦完隔热层后打光。 当烙铁加热到刚开始变紫时,镀锡,然后蘸松香水,保护烙铁头不被氧化。 f烙铁头成坡面增大焊接面积 5、安装、调试及性能测试与分析 一般分静态调试与动态调试两大内容,围绕设计要求中的各项指标进行 (一)主要的仪器和仪表 测试使用的主要仪器和仪表是万用表。 (二)调试 1、先进行单元电路调试。 (1)先用肉眼观察各焊点是否焊好,有无虚焊、断线的地方。 (2)静态测试主要是利用万用表测试各元器件间的正负极是否正确,各条线路是否导通。 (3)动态测试时给电路给电检查线路,测试各器件是否正常工作,如用手背测试元器件温度。 (4)接入电源,使电路开始工作,检查是否正常工作,看其是否能按设计方案工作。 (5)检查清除电路是否有效。 2、进行整体调试 接入电源,检查电路是否正常工作,检查数码显示器是否正常显示预置及是否进行减计数。 有不正常之处要一一改正。 到此整个倒计时系统电路已完成设计和实验模拟实现起功能之目的。 调试中出现的故障,原因及排除方法 有的电阻焊接为虚焊,原因是检查发生漏洞,排除方法: 继续焊接。 还可能产生元件正负极接反得情况,排除方法: 把元件拆下重新焊接。 三、课程设计总结及心得 过这两个星期的学习,发现了自己的很多不足,自己知识的很多漏洞,看到了自己的实践经验还是比较缺乏,理论联系实际的能力还急需提高。 这次的课程设计也让我看到了团队的力量,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。 。 刚开始的时候,大家就分配好了各自的任务。 例如我们是做篮球倒数计时器的,首先我们把整个电路分成了四部分,大家各自分工每个人负责一个模块的了解研究,接着大家一起讨论、查阅资料、搭建各个模块的电路图。 在这次课程设计中我了解到一个人的力量事渺小的,没有大家的共同努力事根本不可能画出图的,而且在课程设计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。 团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。 而这次设计也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。 在这个过程中,我也曾经因为实践经验的缺乏失落过,也曾经PCB图的成功而高兴。 生活就是这样,汗水预示着结果也见证着收获。 通过这次课程设计,我想说: 为完成这次课程设计我们确实很辛苦,但苦中仍有乐,和团队人员这十几天的一起工作的日子,让我们有说有笑,相互帮助,配合默契,多少人间欢乐在这里洒下,大学里一年的相处还赶不上这十来天的实习,我感觉我和同学们之间的距离更加近了。 这次实践对我而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。 让我知道了学无止境的道理。 我们每一个人永远不能满足于现有的成就,人生就像在爬山,一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。 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! 最后,衷心的感谢帮助过我们的指导老师,谢谢他们对我们热情细致的解答说明,也要谢谢同学们的帮助,没有他们根本不可能有今天的成果! 四、附录(PCB图) 五、参考文献 1.康华光.电子技术基础.高等教育出版社.2002. 2.宋春荣.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社.1995. 3.赵保经.中国集成电路大全.国防工业出版社.1985. 4.赵淑范.电子技术实验与课程设计.清华大学出版社.2006. 5.杨志忠.电子技术课程设计.机械工业出版社.2008. 6.谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中理工大学出版社.2003. 7.赵志杰.集成电路应用识图方法.机械工业出版社.2003. 8.张庆双.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社.2003. 9.童本敏.TTL集成电路.电子工业出版社.1985. 课程设计 评语 课程设计 成绩 指导教师 (签字) 年月日
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