篮球三十秒计时报告.docx
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篮球三十秒计时报告
设计举例2:
篮球竞赛30秒定时电路
一、电子技术课程设计的目的与要求…………………………3二、课程设计名称及设计要求…………………………………3三、系统框图及简要说明………………………………………3四、设计方案……………………………………………………4五、单元电路设计………………………………………………4
1.秒脉冲信号发生器………………………………………4
2.三十进制递减计数电路…………………………………5
3.译码显示电路……………………………………………6
4.控制电路…………………………………………………8六、安装与调试………………………………………………10七、心得体会…………………………………………………11附录I:
总原理图……………………………………………11附录II:
仿真图…………………………………………………12附录III:
元器件清单…………………………………………13附录IV:
参考文献……………………………………………13
45
一、电子技术课程设计的目的与要求
1.目的
课程设计作为数字电子技术课程的重要组成部分,目的是使学生进一步理解课程内容,基本掌握数字系统设计和调试的方法,增加集成电路应用知识,培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。
按照本专业培养方案要求,在学完专业基础课数字电子技术课程后,应进行课程设计,其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解,学会设计小型数字系统的方法,独立完成系统设计及调试,增强学生理论联系实际的能力,提高学生电路分析和设计能力。
通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新,为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。
2.教学基本要求
1)要求学生独立完成选题设计,掌握数字系统设计方法;
2)完成系统的组装及调试工作;
3)在课程设计中要注重培养工程质量意识,按要求写出课程设计报告。
3.能力培养要求
1)通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力;
2)通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节,掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法;
3)掌握常用仪器设备的使用方法,学会简单的实验调试,提高动手能力;
4)综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务;
5)培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二、课程设计名称及设计要求
1.设计题目
篮球竞赛30秒定时电路
2.基本要求
1)具有显示30秒计时功能;
2)系统设置外部操作开关,控制计时器的启动/复位和暂停/连续功能;
3)计时器为30秒递减计时,其计时间隔为1秒;
4)计时器递减计时到零时,数码显示器显示为“00”,同时发出光电报警信号。
3.设计任务及目标
1)根据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)进行电路的装接、调试,直到电路能达到规定的设计要求;
4)写出完整、详细的课程设计报告。
三、系统框图及简要说明
30秒计时器的总体参考方案框图如下图所示。
由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路等五个模块组成。
其中计数器完成30秒计时功能,译码显示电路完成对计数器输出信号的编译和显示功能;而控制电路完成计数器的启动计数、暂停/连续计数、定时时间到报警等功能。
报警电路实现30s计数器减至0秒时报警电路发出光电警报。
四、设计方案
分析设计任务,计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成30s计时功能,而控制电路具有直接控制计数器的启动/复位计数、暂停/连续计数功能。
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。
当启动开关闭合时,控制电路应封锁置数控制端LOAD’(低电平有效),同时计数器完成置数功能,译码显示电路显示“30”字样;当启动开关断开且暂停/连续开关拨在连续时,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,又当暂停/连续开关拨在连续时,计数器继续递减计数。
其中秒脉冲发生器产生频率为1Hz的脉冲,即输出周期为1秒的方波,再用该
图5.2.174ls190引脚图
图5.2.274ls190功能表计数电路选用两片中规模集成电路74LS190进行设计,74LS190是是十进制同步
可逆计数器,它具有异步并行置数功能、保持功能,且有进位和借位输出端(74ls190上升沿触发,由U/D’控制加减计数,有异步置数段LOAD,没有复位端,RCO输出低电平的进位或借位信号,MAX/MIN在为9或0时输出高电平,CTEN高电平时保持)。
两片74LS190采用异步级连方式构成预置数的三十进制递减计数器,计数器十位接成三进制,计数器个位接成十进制,利用个位计数器的借位输出脉冲直接作为三进制计数器的计数脉冲,即对秒脉冲进行分频,则三进制计数器的计数脉冲为秒脉冲的10分频,个位计数器输入秒脉冲作为十进制计数器的计数脉冲。
置数端A、B、C、D接高低电平进行预置数(00110000)=(30)10,若74ls190的LOAD端接低电平时进行置数;只有当个位计数器发出借位脉冲,高位计数器才做减计数;当高、低位计数器处于全零时,在MAX/MIN端的输出高电平作用下,计数器进入暂停状态直到再次启动。
由2片74LS190构成的三十进制递减计数器如下图所示:
VCC
5V
U0U1
15A
1B
10C
9D
4~CTEN
11~LOAD
5~U/D
QA3QB2QC6QD7
~RCO13
15A
1B
10C
9D
4~CTEN
11~LOAD
5~U/D
QA3QB2QC6QD7
~RCO13
14CLK
MAX/MIN12
14CLK
MAX/MIN12
74190N
74190N
3.译码显示电路
图5.2.3三十进制递减计数器
此模块主要是由74LS48译码器和共阴极七段LED显示器组成,通过计数器加到译码器,从而实现共阴极七段LED显示器从30递减到零的计数显示功能。
A.74LS248是七段显示译码器,其管脚图和功能表如下图所示。
各管脚功能如下:
1)A、B、C、D是BCD码的输入端;
2)a,b,c,d,e,f,g是输出端;
3)试灯输入端/LT:
低电平有效。
当/LT=0时,数码管的七段应全亮,与输入的译码信号无关。
因此,/LT=0可用来检查74LS248和显示器的好坏;
4)动态灭零输入端/RBI:
在LT=1的前提下,当/RBI=0且输入DCBA=0000时,译码器各段输出均为低电平,显示器各段全灭,而当输入数据为非零数码时,译码器和显示器正常译码和显示。
利用此功能可以实现对无意义位的零进行消隐;
5)灭灯输入/动态灭零输出端/RBO:
这是一个特殊的端钮,有时用作输入,有时用作输出。
当/RBO作为输入使用,且/RBO=0时,数码管七段全灭,与译码输入无关。
当/RBO作为输出使用时,受控于/LT和/RBI;当/LT=1且/RBO=0时,/RBO=0;其它情况下/RBO=1。
本端钮主要用于显示多位数字时,多个译码器之间的连接。
本设计将/RBI、/LT、
/RBO都置高电平。
图5.3.174ls248引脚图
图5.3.3共阴极七段LED显示器引脚图图5.3.4共阴极七段LED对应显示图
下面是利用74LS48驱动单位共阴极七段数码管的电路图:
图5.3.5译码显示电路
4.控制电路因实验室可提供的开关类型为轻触开关,由其管脚图可知,开关的初始状态为
a-A端相连,当按下按钮时,b-B端相连,但当松开按钮后,开关瞬间回到初始状态,即轻触开关得输入信号为瞬间输入为了保证系统的设计要求,实验选择加入触发器达成信号的存储功能。
图5.4.1轻触开关管脚图
触发器是具有记忆作用的基本单元,其具有两个基本性质:
1)在一定的条件下,触发器可以维持在两种稳定状态(0或1状态)之一而保
持不变;
2)在一定的外加信号作用下,触发器可以从一种状态转变成另一稳定状态(1→0或0→1)。
因此,触发器可记忆二进制的0或1,被用作二进制的存贮单元。
此模块设计采用的触发器为jk触发器,则选择芯片为74ls73(双jk触发器)。
图5.4.2JK触发器逻辑图
图5.4.3JK触发器驱动表图5.4.4JK触发器功能表
图5.4.574ls73引脚图
从系统的设计要求可知,控制电路要完成以下三项功能:
A.当电路接通电源时,数码管的初始状态为显示30;按下“启动/复位”开关
时,计数器开始进行递减计数;松开“启动/复位”开关时,计数器进行置数,完成复位功能。
电路图中,当接通电源时,开关J2的初始值为1,此时经过JK触发器和门变化后输出为0,则/LD=0,74LS190进行置数;当按下开关J2时,J2的值变为
0,此时经过JK触发器和门变化后输出为1,则/LD=1,74LS190处于减计数工作状态,当松开开关J2时,/LD=0,74LS190进行置数。
B.当“暂停/连续”开关处于“暂停”位置时,控制电路控制计数器暂停计数,显示器上保持原来的数不变,“暂停/连续”开关处于“连续”位置时,计数器继续累计计数。
当定时时间未到时,74LS190的/CT信号受开关J2的控制,当接通电源时,开关J1的初始值为1,此时经过JK触发器和门变化后输出为1,即/CT=1,计数器暂停计数;当按下开关J1时,J1的值变为0,此时经过JK触发器和门变化后输出为0,则/CT=0,计数器继续累计计数。
C.当计数器递减计数到零(即定时时间到)时,控制电路应发出报警信号,使计数器保持零状态不变,同时报警电路工作。
当计数到零时,两计数器借位端输出为1,将74ls190借位MAX/MIN反馈到二极管正极性端,此时发光二极管发出光电报警信号,完成报警功能,同时也将借位信号反馈到/CT端,则此时/CT=1,计数器暂停。
在进行multisim仿真的时候应该给发光二极管加一个限流电阻。
2、电路的调试
调试时应小心谨慎,电路安装完毕后,首先应检查电路各部分的接线是否正确,检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路,器件有无接错。
其次再接入电路所要求的电源电压,把电路按照框图上的功能分成若干个单元分别进行调试,观察有无异常现象。
如果出现异常现象,应立即断开电源,待排除故障后方可重新通电。
完成各个单元电路调试的后逐步扩大调试范围,最后才进行整个电路的调试。
七、心得体会
本次课设是我们在大学期间第一次综合性的实习。
整个过程包括通过理论设计,仿真软件仿真,确定具体方案,安装实际电路,调试电路、测试结果等多个方面的内容。
这就要求我们充分利用所学的知识进行思考、借鉴。
可以说,本次课设是针对前面所学的数电知识进行的一次比较综合的检验。
因为数电是上学期所学的内容,所以很多基础的知识都已经记不清了,这导致在一开始进行设计的时候就遇到了很多困难,直到将数电书再次研读过后才对整个设计有了一个初步的设计思路,然后再进行multisim仿真。
但是有思路并不意味着可以很快的选择出正确的器件和进行正确的链接,而后得到正确的结果。
除去基本的链接和调试之外,我认为在仿真中遇到的最大的困扰则是一开始进行仿真的时候,如果将数码管和发光二极管直接接入电路的话就会提示错误而不能正确运行,在进行询问后才了解到需用串联电阻的方式对其进行限流,但是在实际进行面包板的连接时可以不使用限流电阻。
在解决了种种问题,得到了正确的仿真结果后,最终确定出了现在的方案和所需的原器件清单。
如果说前面电路的理论设计是一件多么令人头痛的事,那么面包板的安装过程则是一个考验人耐心的过程,对电路的安装、分析、调试要一步一步来,不能急躁。
因为是在仿真软件上较理论上还是存在一定的差距,仿真能出来结果的在实际电路不一定就能出来,这就需要我们有耐心,寻找一个比较正确的调试方法。
同时,在出不了正确结果的时候,一定要冷静检查自己的线路,思考其中的缘由,分析是哪一部分可能出现了问题,再针对性的进行检查,以此提高自身的水平。
总结我这次课设之所以能成功的原因主要就是做好了充分准备,即熟练地掌握课本上的理论知识、做好仿真并打印出来和充分了解自己将要用到的芯片。
这样才能对试验中出现的问题进行分析和解决。
虽然最后还是出现了正确的结果,但我这次的设计还是存在很大的不足。
一是没有考虑到按键防抖的情况,导致电路的显示不稳定;二是不能观察开关的状态,一旦出现不小心多按或少按的情况就得经过长时间的调试才能回到正确状态;三是时钟信号的输出并不是很精确。
忽略这些不足,本次设计基本达到了实验要求。
我认为我的设计最大的优点就是采用的门电路较少,并正确的使用了74ls190的进位信号作为控制线路暂停和报警电路的控制信号,这也就意味着在实际安装的时候,不仅可以节约芯片和线路的
使用,同时在出现故障的时候所需检查的部分也大大减少,这为我完成电路的安装和检验提供了更多的时间。
在实验中我虽然遇到了很多困难,但是也体会到了解决问题和充实自己的快乐,希望随着课程的深入,我能尝试做出更多的作品。
附录I:
总原理图
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- 关 键 词:
- 篮球 三十 计时 报告