电工学技术课程设计报告

电工学技术课程设计报告课题：篮球竞赛30秒定时器学院：电气工程及其自动化专业：自动化班级：自动化5班姓名：王昕学号：1210410503学校：天津工业大学前言555定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。只要外部配接少数几个阻容元件便可组成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名555定时器的电压范围宽，极型555定时器为5~16V，MOS555定时器为3~18V。可提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平。555定时器还可以输出一定的功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。它在脉冲波形的产生与变换、仪器与仪表、测量与控制、家用电器与电子玩具等领域都用着广泛的应用。TTL单定时器型号的最后3位数为555，定时器的为556，MOS但定时器的最后4位数为7555，定时器的为7556.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。1．设计目的为了解并会灵活应用555定时器和由其构成的多谐振荡器。2．设计要求1、设计一个30秒计时电路，并具有时间显示的功能。2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计时。3、要求计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1。4、当计时器递减计时到零(即定时时间到)时，显示器上显示00，同时发出光电报警信号。3．总体设计在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就视为犯规。本课程设计的“篮球竞赛30秒定时器”，可用于篮球比赛中对球员持球时间作30秒时间限制。一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动报警，从而判定此球员犯规。本设计主要能完成：显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制定时器的直接清零/启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯；定时器为30秒递减计时，其计时间隔为1秒；定时器递减计时到零时，数码管显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。同时本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30秒定时器。此定时器功能齐全，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。此定时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当定时器递减到零时，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应用价值。3.1制作流程图图1设计总框图3.2原理图图2篮球竞赛30秒定时器原理图在操作S3到直接清零开关时，此时要求计时器清零，数码显示灭灯。当启动开关S1闭合时，控制电路应封锁始终信号CP（秒脉冲信号），同时计数器完成置数功能，即计数器预置数为（00110000），8421BCD=(30)10。只有当低位1端发出借位脉冲，高位计数器才做减计数。当高、低位计数器全为零时，且CPD为0时，置数端2，计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数，译码显示电路显示30s字样；当启动开关S1断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关S2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，计数器继续累计计数。而每当555芯片构成的多谐振荡器产生一个秒脉冲时，此时控制电路、报警电路和秒脉冲信号一起通过一个与门进入到低位计数端，当计数器递减到0时，同时译码显示电路显示字样00，此时报警电路由发光二极管发出报警信号，这样就达到了设计目的。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。计数器由74LS192中规模十进制计数器构成。译码显示电路由CC4511和共阴极七段LED显示器组成。报警电路在实验中可用发光二极管代替。4.1多谐振荡器电路图3三五器件构成多谐振荡器4.2中规模十进制计数器电路74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下图所示图474LS192的引脚排列及逻辑符号4.3译码显示单元电路本部分由cc4511译码器和七段显示共阴极数码管构成。在其引脚当中A、B、C、D为BCD码输入端，a、b、c、d、e、f、g为七段译码输出端，输出“1”有效，用来驱动LED数码管。图5CC4511引脚图图6阴极数码管管脚图图7译码电路4.4元件清单５．调试5.1多谐振荡器的调试用双踪示波器观测555定时器的脚2与脚3处的波形，测定频率。使脚2与脚3处的波形分别满足图6的两个波形。5.2计数、译码、显示单元的测试按S1启动开关，观察数码显示管显示“30”开始计数，并每间隔1秒递减1。在调试中发现七段数码管有一个发光二极管灭灯，经检查发现数码管引脚g端出现虚焊。调试后一切显示正常。6.电路测试及测试结果1、根据设计的电路图在面包板上按各个模块组装接好实际电路，检查电路接线正确，然后对各个模块进行功能检测校正：（1）对CC4511芯片的译码显示通过一系列输入测试是否与其功能表相同；（2）对74LS192的逻辑功能通过万用表进行测试，验证其功能状态；（3）对各芯片组成的触发器的逻辑功能测试，验证其功能状态。2、当检测出问题后分析出原因，是元器件本身原因还是接线错误，更换元件或重新正确接线，保证电路的正确运行。3、检测正确把各个模块整体连接，联调校正，检测电路是否能满足系统的设计要求。4、经检测校正各个模块正确实现其功能，整体电路满足系统的设计要求。