智能篮球竞赛30s定时器课程设计概述.docx
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智能篮球竞赛30s定时器课程设计概述
课程设计说明书
设计题目:
篮球竞赛30s定时器
系别:
应用电子与通信技术系
班级:
0792113
学生姓名:
指导教师:
成绩:
2010年4月15日
课程设计任务书
课程设计题目
篮球竞赛30s定时器
功能
技术指标
1、具有显示30s定时功能
2、设置外部操纵开关,控制定时器的直接清零,启动和暂停/连续功能
3、计时器30s递减计时器,其计时间隔1s
4、计时器递减到零时,数码显示器不能灭灯,同时发出报警信号
工作量
工作计划
1、分析题目的功能要求,查找和分析参考资料(1天)2、画出电路原理图,分析电路原理图和列出器件表(1天)3、购买元器件(1天)4、安装电路(3天)5、电路调试(5天)6、写课程设计说明书(3天)7、准备答辨(1天)8、答辨(1天)
指导教师评语
指导教师:
年月日
目录
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.2设计要求1
第2章电路方框图2
2.1整机电路框图2
2.2电路方框图说明2
第3章单元电路设计、参数计算和器件的选择3
3.1脉冲产生电路3
3.2计数电路4
3.3控制电路6
3.4译码显示电路6
第4章整机电路的工作原理9
第5章电路的组装与调试10
5.1元器件的检测10
5.1.1二极管引脚极性的检测10
5.1.2数码管的检测10
5.2电路的组装与调试10
5.2.1要注意电烙铁的绝缘性能11
5.2.2要保证焊接质量11
结论12
心得体会13
参考文献14
附录一元件清单15
附录二整机电路图16
17
第1章绪论
1.1课题背景
随着科学技术的不断进步,电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用,运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活不可缺少的一部分,特别是在各种竞技运动中,定时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。
篮球比赛中除了有总时间倒计时外,为了加快比赛的节奏,新的规则还要求进攻方在30秒内有一次投篮动作,否则视为违规。
1.2设计要求
1.30秒计时器具有显示30秒的计时功能。
2.系统设置外部操作开关,控制计时器的直接置数、清零、启动、和暂停功能。
3.计时器为30秒递减计时时,其计时间隔为1秒。
4.当计时器递减计时到零时,数码显示器不能灭灯,LED变亮报警。
第2章电路方框图
2.1整机电路框图
根据课程设计指标的要求,本电路主要由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路(简称控制电路)和报警电路等5个部分构成。
系统设计框图如图示2-1所示:
图2-1篮球竞赛30s计时器方框图
2.2电路方框图说明
本实验的核心部分是要设计一个30s定时器,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器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路和报警电路等5个部分构成。
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。
成置数功能,译码显示电路显示30s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,处于保持状态;当暂停、连续开关拨在连续时,计数器继续递减计数。
第3章单元电路设计、参数计算和器件的选择
3.1脉冲产生电路
555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。
NE555为8脚时基集成电路,各脚主要功能(集成块图如图3-1所示)
1:
地GND2:
触发
3:
输出4:
复位
5:
控制电压6:
门限(阈值)
7:
放电8:
电源电压Vcc
图3-1555集成块
用于555定时器构成多谐振荡器:
用555定时器构成多谐振荡器电路如图3-1-2中所示。
电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。
如此循环,振荡不停,电容器C
在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图3-3所示:
输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:
tW=0.7(R1+R2)C(3-1)
tW2=0.7R2C(3-2)
T=tW1+tW2=0.7(R1+2R2)(3-3)
图3-2555原理图图3-3波形图
3.2计数电路
计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件,它不仅可以用来对脉冲进行计数,还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。
74LS192为可预置的十进制同步加/减计数器(双时钟),其清除端是异步的。
当清除端(MR)为高电平时,不管时钟端(CPD、CPU)状态如何,即可完成清除功能;预置是异步的,当置入控制端(PL)为低电平时,不管时钟CP的状态如何,输出端(Q0~Q3)即可预置成与数据输入端(P0~P3)相一致的状态;当进行加计数或减计数时可分别利用CPD或CPU。
当把TCD和TCU分别连接后一级的CPD、CPU,即可进行级联
74LS192引出端符号如图3-4所示:
图3-474LS192集成块图
TCD:
错位输出端(低电平有效)
TCU:
进位输出端(低电平有效)
CPD:
减计数时钟输入端(上升沿有效)
CPU:
加计数时钟输入端(上升沿有效)
MR:
异步清除端
P0~P3:
并行数据输入端
PL:
异步并行置入控制端(低电平有效)
Q0~Q3:
输出端
3.3控制电路
当计数器74LS192的清零端CLR=1有效时,即可实现对电路进行清零;而当清零端无效,置数端LOAD=0有效时,即可实现对电路的置数;通过接一与非门对555脉冲发生器输出端的脉冲信号进行控制,即可实现对整个电路进行暂停计时。
控制电路应完成以下四种功能:
1、操作清零开关时,要求计数器灭灯。
2、闭合启动开关时,计数器完成置数功能,显示器显示30字样,断开启动开关时,计数器开始递减计数。
3、当暂停/连续开关置于暂停时,控制电路封锁时钟脉冲信号CP,计数器暂停计数,显示器保持原来的数不变,当处于连续位置时,计数器连续累计计数。
4、当计数器递减到零时,控制电路应发出报警信号,使计数器应保持零状态不变,同时报警电路工作。
74LS192功能表如表3-1所示:
表3-174LS192状态表
输入
输出
MR
CPU
CPD
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
×
×
×
×
减计数
3.4译码显示电路
用发光二极管(LED)组成字型来来显示数字。
这种数码管的每个线段都是一个发光二极管,因此也称LED数码管或LED七段
显示器。
如图3-5所示:
图3-5定时器流程图
下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍:
共阴极七段LED显示器是较常用的显示数码管,但在使用时要注意的是:
看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的,最好在使用前用万电用表测一下它的极性,其管脚图如下图2-4所示,如果为共阴极的,其管脚COM端接地;如果为共阳极的,起管脚COM段要接高电平。
CD4511为4线-七段译码器/驱动器(BCD输入,有上拉电阻),其输出端(Ya-Yg)为高电平有效,可驱动灯缓冲器或共阳极VLED。
当要求输出0-15时,消隐输入(BI)应为高电平或开路,对于输出为0时还要求脉冲消隐输入(RBI)为高电平或者开路。
当BI为低电平时,不管其它输入端状态如何,Ya-Yg均为低电平。
当RBI和地址端(A0-A3)均为低电平,并且灯测试输入端(LT)为高电平时,Ya-Yg为低电平,脉冲消隐输出(RBO)也变为低电平。
当BI为高电平或开路时,LT为低电平可使Ya-Yg均为高电平。
如图3-6所示:
引出端符号:
A-D:
译码地址输入端
BI/RBO:
消隐输入/脉冲消隐输出
LT:
灯测试输入端(高电平有效)
图3-6CD4511集成块图
第4章整机电路的工作原理
4.1整机电路图
篮球竞赛30秒计时整机电路图如图4-1所示:
图4-1整机工作原理图
4.2整机的工作原理
当电路接通电源之后,NE555电路构成的多谐振荡器,在两个暂稳态之间来回翻转——振荡,于是在输出端产生矩形脉冲,加到计数器LS192的CPD减计数输入端,在CP到来之前,计数器已具备显示30的功能,每到来一个脉冲计数器递减一位,直到递减到00时报警电路开启红灯变亮,同时译码器接到计数器触发的信号,驱动LED数码管实时显示,从而实现30秒定时功能。
第5章电路的组装与调试
5.1元器件的检测
电路组装调试之前首先要对所用元器件进行检测,判断元器件的好坏和确定元器件的引脚及极性。
下面将分别介绍电路中所用到的元器件的检测方法:
5.1.1二极管引脚极性的检测
判别正、负电极
(a)观察外壳上的的符号标记。
通常在二极管的外壳上标有二极管的符号,带有三角形箭头的一端为正极,另一端是负极。
印有色环的一端为负。
(b)观察外壳上的色点。
在点接触二极管的外壳上,通常标有极性色点(白色或红色)。
一般标有色点的一端即为正极。
还有的二极管上标有色环,带色环的一端则为负极。
5.1.2数码管的检测
判别共阴、阳极
用数字万用表红表笔接数码管公共端,黑表笔碰触其余端,若数码管亮,则为共阳极。
否则为共阴极。
5.2电路的组装与调试
检测完元器件的好坏及引脚极性后便可以进行电路的组装了,根据电路原理图首先在面包板上搭接电路。
搭接电路时要注意集成芯片和发光二极管的引脚不要接错,二极管的引脚极性不要弄反。
在面包板上搭接好电路后就可以进行电路的调试了。
调试过程中需要注意以下事项。
5.2.1要注意电烙铁的绝缘性能
不允许带电使用烙铁焊接,要确认烙铁不带电,最好把烙铁的外壳接地,对MOS电路更应小心,能采用6-8V的低压电烙铁就更安全。
5.2.2要保证焊接质量
焊接时确实焊牢,焊锡的堆积、气孔容易造成虚焊。
焊接时间一般不超过3秒钟,烙铁的功率应用内热式25W左右。
结论
本文主要介绍了30秒篮球定时器的设计与制作,让我了解了设计电路的过程,也让我了解了有关定时控制与计数器的原理与设计理念,要实现电路功能总要先设计,只有经过长时间的思考,才能设计出合理的电路,电路仿真成功之后才能实际接线。
经过长时间各个器件分别调试才能得到正常工作的电路,通电检测时要考虑到电压和电流的大小,只有正确的通电,才能保证正常工作,在制作整个电路过程中出现过不少问题,在及时的修改和老师的指点下,通过努力,最终电路达到了指定的技术指标。
心得体会
此次课程设计,让我受益匪浅,不仅对电子产品的设计有了更加深刻的了解,同时也对硬件的搭接、工艺以及焊接技术有了更加全面的提升,这为我以后找工作打下了坚实的基础;在设计电路的过程中我查阅了大量的相关资料,同时运用了我所学的数电知识进行分析,这在很大程度上加深了我对电路以及元器件的了解(如74LS192、NE555、LED数码管等的各引角功能以及扩展功能),同时为以后的毕业设计打下了坚实的基础,这次设计所用的工具是protues,由于使用这个软件进行仿真测试,使设计的速度和质量得到了保证。
此次的课程设计是由三名同学合作完成的,在此期间同学们有不明白的地方就共同探讨,有一些比较难懂的问题,就去请教指导老师,通过老师的指导和我们共同的努力,我们的专业水平得到了提高,同时也提高了我们的团队合作能力,增强了我们的团队精神。
同时我也深深体会到所学知识的不足,在设计、学习和研究的过程中,激发了我的自学能力和应对挑战的能力,为以后学习和工作打下了良好的基础。
此次课程设计的完成,确实给了我们很好的锻炼。
不仅需要我们有一定的专业知识,更需要一种锲而不舍、戒骄戒躁的精神。
同时更需要有一个良好的心态去面对,因为路不可能是一路平坦的,就像我们所做的电路一样,总会出现这样或那样的问题,我们在解决电路问题的同时是否要考虑我们的人生也是一样的,只要我们努力了、认真了,就一定会获得成功!
致谢
三周紧张而忙碌的生活很快就过去了,课程设计也到此告一段落了,这一次课程设计之所以能够顺利完成,离不开老师和同学的关心和帮助,还有学院为我们提供的这个实践舞台。
首先,我要感谢我的指导老师——计京鸿老师,计老师给了我很多的帮助和建议,在设计阶段,计老师用她丰富的知识不厌其烦地讲解课程设计的每一个步骤和注意事项,例如:
在搭接这个环节,计老师不辞辛苦的去实验室解决我们硬件搭接的问题,这都是我们完成课程设计的坚实后盾。
其次,我要感谢在课程设计阶段给我提出宝贵意见的电子系各位老师以及和我一组的做课程设计的同学。
感谢他们的帮助和他们对我提出的宝贵意见,让我的课程设计一次次完善,更让我收获了真贵的友谊。
最后,感谢学院提供给我这样一个实践的平台,这一次实践不仅加强了我理论联系实践的能力,同时也使我的专业理论水平提升到了一个新的高度,为以后的学习和工作垫定了坚实的基础。
参考文献
[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程.北京高等教育出版社.
[2]阎石.数字电子技术.清华大学出版社.
[3]贾鹏.邓元庆.数字电路与系统设计.西安电子科技大学出版社.
[4]谢自美.电子线路设计.华中理工大学出版社.
[5]郭宏.刘显忠.电子技术应用实践指导.哈尔滨工程大学出版社.
[7]廖先云.电子技术实践与训练.高等教育出版社.
[8]赖金福.数字集成电路简明手册.电子工业出版社.
附录一元件清单
序号
名称
型号和参数
数量
1
电阻
10K
4
2
电阻
1K
1
3
电阻
15K
1
4
电阻
68K
1
5
电容
0.01uF
1
9
电容
10uF
1
10
集成块
CD4511
2
14
集成块
74LS00
1
15
集成块
74LS04
1
16
集成块
74LS12
1
17
集成块
74LS192
2
18
集成块
555
1
19
数码管
共阳
2
20
开关
按键
1
21
开关
单刀双掷
2
22
发光二极管
红色
1
附录二整机电路图
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