电子课程设计报告2082836688

课程设计报告课程名称：电子技术课程设计设计题目：篮球比赛倒计时器专业：自动化班级：1班学号：20090220125学生姓名：石志超时间：2012年2月20日～2月26日―――――――以下指导教师填写―――――分项成绩：出勤成品答辩及考核总成绩：总分成绩指导教师：苏士美2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，是将理论知识与实践能力相结合的重要环节，是真正锻炼学生能力的环节。为今后进行复杂的综合型电子系统的设计和调试打下基础。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，交通信号灯等。本课程设计“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：电路具有24.0秒时间显示功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的置数、启动/连续和暂停功能；计数过程中，无论处于何种状态，当按下置数键时，计数重新开始；计时器为递减计时，其计时间隔为0.1秒；当计时器递减计时到零时，显示器显示0，同时发出CP同步闪烁报警信号等。整个电路的设计借助于Proteus仿真软件以及数字电路相关理论知识，并在Proteus下设计和进行仿真，得到了预期的结果。3目录第1章绪论…………………………………………………………………………11.1课程设计意义………………………………………………………………..11.2设计任务及要求…………………………………………………………………11.2.1设计任务……………………………………………….……………………11.2.2基本要求及目标……………………………………………………..…….1第2章电路框图及工作原理………………………………………………………12.1设计方案…………………………………………………………………………12.2电路框图…………………………………………………………………………2第3章单元电路的设计…………………………………………………...………23.124进制计数器的设计………………………………………………….………..23.2数码显示电路的设计………………………………………………..………….43.30.1秒脉冲的设计….…………………………………………………..……53.4报警电路的设计………………………………………………………..………73.5整机工作原理………………………………………………………..………7第4章电路仿真……………………………………………………………...……..8心得体会……………………………………………………………………….……..10参考文献……………………………………………………………………..……….114第1章绪论1.1课程设计意义电子课程设计是学生在修完“数字电子技术基础”、“模拟电子技术基础”和“电子技术基础实验”后开设的设计课程。目的是锻炼学生综合运用电子技术基础知识以及动手的能力，提高学生使用中规模集成芯片以及调试较大型电子系统的能力，同时了解基本逻辑单元电路在实际生活中的应用，为今后进行复杂的综合型电子系统的设计和调试打下基础。通过课程设计，使学生加强对数字及模拟电子技术的理解，学会查阅资料、方案比较、方案选择以及原理图设计、计算、制作、调试等基本技能，增强分析、解决实际问题的能力。1.2设计任务及要求1.2.1设计任务1．电路具有24.0秒时间显示功能；2．系统设置外部操作开关，控制计时器的置数、启动/连续和暂停功能；3．计数过程中，无论处于何种状态，当按下置数键时，计数重新开始。4．计时器为递减计时，其计时间隔为0.1秒；5．当计时器递减计时到零时，显示器显示0，同时发出CP同步闪烁报警信号。6．该电路可应用于篮球比赛1.2.2基本要求及目标1、根据课题任务进行设计并绘制电路原理图。2、根据原理图，用相关元器件搭建并测试电路，制作实物。53、撰写设计报告。4、设计报告格式要求：①课题任务的相关参数与指标。②选择集成电路芯片，列出材料清单。③绘制EDA电路原理图，分析电路工作原理。④测试逻辑功能，描述调试方法。⑤写出心得体会。5．课程设计报告1份。6．制作成品1套。第2章电路框图及工作原理2.1设计方案篮球比赛计时系统的主要功能包括：进攻方24.0秒倒计时和计时结束警报提示。攻方24.0秒倒计时，当比赛准备开始时，屏幕上显示24.0秒字样，当比赛开始后，倒计时从24.0倒数到00.0。这一模块主要是利用双向计数器74LS192来实现；报警提示：当计时器到零时给出光电提醒。此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制模块、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，在此基础上构造电路。2.2基本原理24秒计时器的总体参考方案如框图所示：6控制开关递减计数控制电路脉冲发生三位译码驱动显示报警电路它包括秒脉冲发生、递减计数、三位译码驱动显示、报警电路、控制开关和控制电路等模块组成。计数部分完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的置数、启动、暂停/连续等功能。脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，电路采用555集成电路。译码显示电路由74LS48和共阴极八段数码管组成。报警电路在实验中用发光二极管代替。主体电路：24.0秒倒计时开始后，24秒置数，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，0.1秒倒计到零。选取“00.0”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号。第3章单元电路的设计3.0所用元器件七段译码器74LS48（内有驱动）3片、可逆十进制计数器74LS1923片、三输入或非门74LS271片、、二输入与非门74LS003片、共阴极数码管SM120501K3个、六反相器74LS041片、555定时器1片。开关3个，电容10、1微法各1，电阻10K、470欧姆若干，LED1个，实验板，稳压电源，万用表，导线若干。73.124进制计数器的设计计数器选用集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加法计数器，它采用8421码十进制编码，并具有直接清零、置数、加减计数功能。图3-1是74LS192引脚排列。图中CU、CD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。PL是异步并行置数控制端（低电平有效），TCU和TCD是进位、借位输出端（低电平有效），MR是异步清零端，P3-P0是并行数据输入端，Q3-Q0是输出端。图3-174LS192的引脚排列74LS192的功能表见表3-1所示。表3-174LS192功能表当PL=1，MR=0时，若时钟脉冲加到端CU，且CD=1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，TCU端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到CD端，且CU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，TCD端发出借位下跳变脉冲。输入输出MRCUCDP0P1P2P3Q0Q1Q2Q31×××××××000000××abcdabcd01↑1××××加计数011↓××××减计数8由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下图3-2所示。图3-28421BCD二十四递减计数器其预置数为N=（00100100.0000）=(24)10。在CD端的输入时钟脉冲作用下，开始递减。只有当低位TCD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,完成一个计数周期，然后手动置数PL=0,计数器完成置数,再次进入下一循环减计数。3.2数码显示电路的设计根据设计的要求采用74LS48译码器来驱动共阴极数码显示管。74LS48芯片是一种常用的七段数码管驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中。74LS48和共阴极七段LED显示器如图3-3连接。这样连接74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需像CC4511外接限流电阻。图3-39显示电路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。LT——为测试端，低电平有效，当LT——=0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。RBI———为灭零输入端,低电平有效。在LT——=1，RBI———=0，且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭。但当译码输入不全为0时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。BI\RBI是一个特殊的端口，有时作用于输入，有时作用于输出，在这里不多做介绍。74LS48功能表见表3-2。表3-274LS48的功能表七短数码管的引脚图如图3-4所示，在使用时要注意是共阳还是共阴，其中3脚和8脚相连为公共端，因为此次设计是使用的共阴极数码管，所以在电路中接地，6脚为输入输出字形数字LT——RBI———ABCDBI/RBOabcdefg012345678911111111111XXXXXXXXX0000100001001100001010100110111000011001111111111111111101100000110110111110010110011101101110111111110000111111111110110123456789消隐脉冲消隐灯测试X10X0XXXXX0000XXXX001000000000000001111111810小数点引脚，在设计中没要求不需要对其处理。图3-4七短数码显示管的引脚图3.30.1秒脉冲的设计脉冲信号发生部分脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。电路图如下图所示。根据设计要求，电路需要产生间隔为0.1秒的时间脉冲，完成正确的计数功能。所以选择NE555定时器来设计此电路。从而产生标准的秒脉冲。用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供脉冲，如图3-5所示。公式：Tw1=0.7(R2+R5)C1Tw2=0.7R2C1振荡周期计算公式：T=0.7(R2+2R5)C1≈0.1s11图3-53.4报警电路的设计根据设计要求，要产生光电报警，我们采用5个或门组成一个选择电路，一个发光二极管产生光亮，一个蜂鸣器发出报警。如图3-6所示图3-63.5整机工作原理电路总图12篮球竞赛24秒计时器主要是由0.1秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路组成。控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。由附录1可见图中有SW1和SW2两个开关，SW1为置数，SW2为暂停。SW1闭合，74LS192被置数，显示电路出现数字24。完成置数后断开SW1，启动计时。若此时秒脉冲电路的SW2为断开，则产生连续秒脉信号输入到计数器，数码管上的数字就会自动减1，闭合SW2，秒脉冲暂停，计数递减暂停，断开SW2又恢复计数递减，这就实现了暂停/连续功能。在计数递减的同时，74LS192的8个输出端也随之产生高低电平变化来控制报警电路5个或门的高低电平的变化。由附录1可见，5个或门的排列必须当74LS192的8个输出全为低电平时，换而言之，就是计数到零时，或门最后一个输出的才是低电平，从而触发发光二极管和蜂鸣器，产生亮光和警报声，达到了光电报警的。第4章电路仿真本次设计采用的是protues软件仿真，仿真结果如下1.计时预备阶段如图4-1132.计时阶段如图4-24.电路报警如图计数到零时高位和低位74LS192的八个输出端为低电平，传输到或门组成的选择电路。因为全部为低电平所以或门的最后输出为低电平，于是LED灯、产生光电报警信号。5.故障分析安装完后，通电运行，检测出非时钟脉冲信号，检线后发现脉冲部分有一处错线，纠正后电路正常运行，能实现要求功能。心得体会：通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析|、设计等，也掌握一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。在整个设计过程中，我们通过这14个