电子课程设计报告.docx
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电子课程设计报告.docx
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电子课程设计报告
数
字|
电设
子计
课报
程告
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学号:
同组人:
指导老师:
目录
前言...........................................1
第一章设计任务及要求.......................1
第二章电路设计思路,设计原理与设计电路......2
2.1电路设计思路..........................2
2.2设计原理..............................2
2.3设计框图..............................3
第三章电路单元模块...........................4
3.1各芯片用法及功能......................4
3.1.174LS48..........................4
3.1.2555定时器........................5
3.1.374LS192..........................6
3.2单元模块...............................6
3.2.1时钟模块.........................6
3.2.2递减计数器模块...................6
3.2.3外部控制模块.....................7
3.2.4译码显示模块.....................8
3.2.5警报提示模块.....................8
第四章电路仿真及时序波形.....................9
4.1电路仿真.............................9
4.1时序波形............................10
第五章设计总结............................12
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、还可以用来做为各种药丸,药片,胶囊在指定时间提醒用药等等,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。
在篮球比赛中,规定了球员的持球时间不能超过24秒,否则就违例了。
本课程设计“智能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:
显示24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,数码管显示器灭灯;计时器为24秒递减计时其计时间隔为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Protues仿真软件以及数字电路相关理论知识,并在Protues下设计和进行仿真,得到了预期的结果。
第一章设计任务及要求
1、篮球竞赛30秒计时器(基本要求):
1)具有显示24s计时功能;
2)设置外部操作开关,控制计数器的直接清零,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24s递减计时,计时间隔为1s;
5)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。
二、设计任务及目标:
(1)根据给出的电路原理图分析各单元电路的功能;
(2)熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能;
(3)进行电路的仿真、调试,直到电路能达到规定的设计目标;
(4)写出完整、详细的课程设计报告。
第二章电路设计思路,设计原理与设计电路
2.1设计思路
本课程设计是脉冲数字电路的简单应用,设计了篮球竞赛24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实用价值。
篮球竞赛记时系统的主要功能包括:
进攻方24秒倒计时和计时结束警报提示。
攻方24秒倒计时,当比赛准备开始时,屏幕上显示24秒字样,当比赛开始后,倒计时从24逐秒倒数到00。
这一模块主要是利用双向计数器74LS192来实现;警报提示:
当计数器计时到零时,给出提示音,这部分电路主要通过晶体二极管和扬声器及一些门电路来实现。
此计时器的设计采用模块化结构,主要由以下4个组成,即计时模块、控制模块、警报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,在此结构的基础上,构造主体电路和辅助电路两个部分。
2.2基本原理
24秒计时器的总体参考方案框图如图2.3所示。
它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路(简称控制电路)等五个模块组成。
其中计数器和控制电路是系统的主要模块。
计数器完成24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、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。
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。
译码显示电路由74LS48和共阴极七段LED显示器组成。
报警电路在实验中利用发光二极管和鸣蜂器代替。
主体电路:
24秒倒计时。
24秒计数芯片的置数端清零端各用一个开关,比赛开始后,24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。
2.3、总体设计框图
图2.3倒计时设计总体框图
总体电路说明:
倒计时功能主要是利用192计数芯片来实现,同时利用反馈和置数实现进制的转换,以适合分和秒的不同需要。
由于该系统特殊的需要,到计时器到零时,通过停止控制电路使计数器停止计数并发出蜂鸣警报。
第三章电路单元模块
3、1各芯片的用法和功能
3.1.174LS48
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。
端为测试端。
在端接高电平的条件下,当
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。
端为灭零输入端。
在
,条件下,当输入A、B、C、D=0000时,输出a~g全为低电平,可使共阴LED显示器熄灭。
但当输入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。
RBO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a~g均为低电平,这可使共阴显示器熄灭。
另外,该端还有第二功能——灭零信号输出端。
当该位输入的A、B、C、D=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。
若将与配合使用,很容易实现多位数码显示时的灭零控制。
74ls48功能表如下:
功能或数字
输入
输出
显示字形
a
b
c
d
e
f
g
灭灯
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
0
0
灭灯
试灯
0
×
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
8
动态灭灯
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
灭灯
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
×
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
1
2
1
×
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
2
3
1
×
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
4
1
×
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
4
5
1
×
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
5
6
1
×
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
6
7
1
×
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
8
1
×
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
8
9
1
×
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
9
10
1
×
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
无效输出
11
1
×
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
12
1
×
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
13
1
×
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
14
1
×
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
15
1
×
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
3.1.2555定时器
555定时器应用为多谐振荡电路时,当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电,其上电压按指数规律上升,当u上升至2/3Vcc,会使比较器C1输出翻转,输出电压为零,同时放电管T导通,电容C通过R2放电;当电容电压下降到1/3Vcc,比较器C2工作输出电压变为高电平,C放电终止,Vcc通过R1。
R2又开始充电;周而复始,形成振荡。
则其振荡周期与充放电时间有关,也就是与外接元件有关,不受电源电压变化影响。
输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算:
、
、
;
、
、
当
时,把
代入三要素方程。
于是可解出:
当
时,
代入公式,于是可解出:
振荡周期
T
于是为了产生周期为1秒的脉冲,可以使:
R1=R2=10K,C1=10u
3.1.374LS192
74LS192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。
当需要进行多级扩展连接时,只要将前级的端接到下一级的CP+端,端接到下一级的CP-端即可。
74192功能表:
操作
×
×
×
1
清零
×
×
0
0
置数
↑
1
1
0
加计数
1
↑
1
0
减计数
1
1
1
0
保持
3.2 单元模块
3.2.1时钟模块
秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。
图3.2.1秒脉冲信号发生器
3.2.2递减计数模块
74LS192是一块同步8421BCD码加/减计数器,具有直接清零、置数、加锁计数功能。
计数器选用汇总规模集成电路74LS192进行设计比较简便。
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器,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。
图3.2.2递减计数器模块
3.2.3外部控制模块
控制电路要完成以下功能:
1.设置外部操作开关或按钮,控制计数器的直接清零,启动和暂停/连续功能。
1)启动按钮在电路图中起到启动的作用,计数器完成置数功能,显示器显示24秒字样,计数器开始进行递减计数。
2)开关在本设计中起暂停/连续作用,当启动按钮按下后,计数器进行递减计数。
若闭合开关,则计数暂停,控制电路封锁时钟脉冲信号CP,显示器上保持原来的数不变,当开关断开,计数器继续累计计数。
3)清零按钮在电路中起到了控制计数器的直接清零,同时数码显示器灭灯的功能。
如图,当清零按钮按下时计数器直接清零,同时数码显示器灯灭。
当计数器递减计数到零时(即定时时间到),控制电路发出报警信号,本设计中采用发光二极管和扬声器代替报警器。
图3.2.3外部控制
3.2.4译码显示模块
该模块由两片74LS248译码器和共阴极七段数码管LED显示器组成,通过计数器的输出加到译码器的输入,从而实现共阴极七段LED显示器从24递减到00的计数功能。
图3.2.3译码显示模块
3.2.5警报模块
警报提示就是完成任一计时器计时结束时,系统给出连续的提示音。
当电路由“24”递减到“00”时,下面一个与门输出高电平,而扬声器的和LED1的负极已经接了低电平,故这时由于两端存在电压差,所以扬声器和LED1均能正常工作。
从而发出报警信号。
方案一:
方案二:
图3.2.5警报提示电路
第四章电路仿真及时序波形
4.1电路仿真
本次设计通过使用Protues仿真软件对电路进行仿真,以此来检验电路的可用性,正确性,并且将仿真的时序波形通过软件模拟出来。
仿真一:
仿真二:
4.2时序波形
通过Protues的虚拟器件中的示波器将仿真的时序波形图仿真出来
秒脉冲信号时序波形图:
(图中黄线)
译码输入时序波形图:
第五章设计总结
1.在本次课程设计中,我对74LS48、74LS192、NE555等芯片加深了了解,和巩固了对它们的使用,对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理解。
在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考,一遍又一遍的检查终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
在遇见问题时要善于思考,不断的寻找问题所在,不断的改进方法,才能有效的解决问题。
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