數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)籃球24秒倒計(jì)時(shí)

1、各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目:籃球24秒倒計(jì)時(shí)院（系）:專姓名學(xué)號(hào):、業(yè)：信息工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)1. 課程設(shè)計(jì)的目的2. 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1基本要求2.2設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)3. 電路設(shè)計(jì)原理與單元模塊3.1設(shè)計(jì)原理3.2設(shè)計(jì)方案3.3單元模塊3.3.1 8421BCD碼遞減計(jì)數(shù)器模塊 3.3.2時(shí)鐘模塊 3.3.3輔助時(shí)序控制模塊-11 -12 -3.3.4譯碼顯示模塊4. 實(shí)驗(yàn)體會(huì)1. 課程設(shè)計(jì)的目的隨著信息時(shí)代的到來(lái)，電子技術(shù)在社會(huì)生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作 用，運(yùn)用模電和數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品成為社會(huì)生活不可缺少的一部分， 特別是在各種競(jìng)技運(yùn)動(dòng)中，定時(shí)器成

2、為檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的一個(gè)重要工具。在 籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時(shí)間不能超過(guò) 24秒，否則就犯規(guī)了。本課 程設(shè)計(jì)的“籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器”，可用于籃球比賽中，用于對(duì)球員持球時(shí) 間24秒限制。一旦球員的持球時(shí)間超過(guò)了 24秒，它自動(dòng)的報(bào)警從而判定此 球員的犯規(guī)。本設(shè)計(jì)主要能完成：顯示24秒倒計(jì)時(shí)功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時(shí)，數(shù)碼管顯 示器滅燈；計(jì)時(shí)器為24秒遞減計(jì)時(shí)其計(jì)時(shí)間隔為1秒；計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到 零時(shí)，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)等。通過(guò)理論設(shè)計(jì)和實(shí)物制作解決相應(yīng)的實(shí)際問(wèn)題，鞏固和運(yùn)用在數(shù)字邏 輯中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌

3、握常用數(shù)字邏輯電路的一般設(shè)計(jì)方法, 提高設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，為以后從事電路設(shè)計(jì)、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良 好的基礎(chǔ)。2. 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1基本要求1. 具有24秒計(jì)時(shí)功能。2. 設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停 /連續(xù)功能。3. 在直接清零時(shí)，要求數(shù)碼顯示器滅燈。4. 計(jì)時(shí)器為24秒遞減時(shí),計(jì)時(shí)間隔為1秒。5. 計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。2.2設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)1. 根據(jù)原理圖分析各單元電路的功能;2. 熟悉電路中所用到的各集成塊的管腳及其功能;3. 進(jìn)行電路的裝接、調(diào)試，直到電路能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)要求;4. 寫出完整、詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。3.

4、電路設(shè)計(jì)原理與單元模塊3.1設(shè)計(jì)原理24秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如圖 2-1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、 計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助時(shí)序控制電路（簡(jiǎn)稱控制電路）等五個(gè)模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成24 秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停 /連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時(shí)時(shí)間到報(bào)警等功能。秒脈沖發(fā)生器iL控制電路計(jì)數(shù)器譯碼 顯示報(bào)警電路圖2-1 24秒計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計(jì)對(duì)此信號(hào)要求并不太高，故電路可采用 555集成電路組成的多諧振蕩器構(gòu)成。譯碼顯示電路由74HC451

5、1和共陰極七段LED顯示器組成。報(bào)警電路在 實(shí)驗(yàn)中可用發(fā)光二極管和揚(yáng)聲器代替。3.2設(shè)計(jì)方案分析設(shè)計(jì)任務(wù)，計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。 計(jì)數(shù)器完成24s 計(jì)時(shí)功能，而控制電路具有直接控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、 譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電 路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時(shí)，要求 計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖時(shí)鐘信號(hào) CP同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置 數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示“ 24”字樣；當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì) 數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)撥在暫停位置上時(shí)， 計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于保持狀態(tài);當(dāng)

6、暫停/連續(xù)開關(guān)撥在連續(xù)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示?；@球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)電路如圖2-2所示。+5V84512 2U6丄C1| 1nFDCCVDR G TH+5VSW1Uwab廠U5U1a1AQABQBCQCDQDQETQFIQGLE/S131U4n U4QHSHaa一QHJ一 七;2 Q3卡豈目D3 Q2匡 Q0Q1Q2Q3TCUTCD+5VSW3匕sPsTTR2200U125 I33.rSW2=-SP產(chǎn)丄U9 U11匡D3Q2LLAND_4丿UPTCUDNTCD1JUo1t0R620k_h_ C3 10nFAQABQBCQCDQDQELTQFBIQGLESU2a55

7、JL C4-r- lOOCDnFR550kR82.4kR70.61kLSISPEAKER13 aCVDTR G TH6555g C510nFC7220nF圖2-2籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器3.3單元模塊331 8421BCD碼遞減計(jì)數(shù)器模塊計(jì)數(shù)器選用匯總規(guī)模集成電路 74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)便，74LS192是十進(jìn)制可編程同步加鎖計(jì)數(shù)器，它采用8421碼二-十進(jìn)制編碼，并具有直 接清零、置數(shù)、加鎖計(jì)數(shù)功能。圖2-3是74LS192外引腳及時(shí)序波形圖。圖中 UP DN分別是加計(jì)數(shù)、 減計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。PL是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效），TCU TCD分別是進(jìn)位、借 位輸出端

8、（低電平有效），MF是異步清零端，D3-D0是并行數(shù)據(jù)輸入殿，Q3-Q0 是輸出端。74192的功能表見(jiàn)下表2-1所示。其工作原理是：當(dāng) PL=1, MR=0時(shí), 若時(shí)鐘脈沖加到UP端，且DN=1U9D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR15三9326774LS192圖2-3 74LS192外引腳及時(shí)序波形圖表2-1 74LS192功能表MRPLUPDN功能1xxx清零00xx零零數(shù)0111力數(shù)法計(jì)數(shù)0111減法計(jì)數(shù)則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計(jì)數(shù)功能，當(dāng)加計(jì)數(shù)到9時(shí)，TCU 端發(fā)出進(jìn)位下跳變脈沖；若時(shí)鐘脈沖加到 DN端，且UP =1，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置 數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計(jì)

9、數(shù)功能，當(dāng)減計(jì)數(shù)到0時(shí)，TCD端發(fā)出借位下跳變脈沖。由74LS192構(gòu)成的二十四進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器如下圖 2-4所示:U3aa91ac 5!4!D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3327UPDNPLMR74LS19274LS192U4D0Q(D1Q1D2Q2D3Q3UPTCIDNTCIPLMR邕b Na 3互 6 7ac 54aa去+5vA圖2-4 8421BCD二十四遞減計(jì)數(shù)器其預(yù)置數(shù)為 N= (00100100) = (24)10 。它的計(jì)數(shù)原理是：只有當(dāng)?shù)臀籘CD1端發(fā)出借位脈沖時(shí),高位計(jì)數(shù)器才作 減計(jì)數(shù)。當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器處于全零,且DN為0時(shí)，置數(shù)端PL2=0,計(jì)數(shù)器 完成并行置數(shù)，在DN端的

10、輸入時(shí)鐘脈沖作用下，計(jì)數(shù)器再次進(jìn)入下一循環(huán)減計(jì)數(shù)。3.3.2時(shí)鐘模塊為了給計(jì)數(shù)器74LS192提供一個(gè)時(shí)序脈沖信號(hào),使其進(jìn)行減計(jì)數(shù),本設(shè) 計(jì)采用555構(gòu)成的多諧振蕩電路(即脈沖產(chǎn)生電路),其基本電路如圖2-5示。其中555管腳圖如下圖2-6示.由555工作特性和其輸出周期計(jì)算公式 可知,其產(chǎn)生的脈沖周期為：T=0.7(R1+2R2)C。因此,我們可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)通過(guò)計(jì)算確定了R4取15k歐姆,R3取68k歐姆,電容取C2為10uF、C1為1nF,.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖, 且其輸出周期為1秒。+5VRVQDCCVTRD1TH4卜512 226U6B 37R415k R368kC11nF

11、555C210000nF圖2-5 555多諧振蕩電路圖圖2-6 555 管腳圖333輔助時(shí)序控制模塊為了保證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的 時(shí)序關(guān)系。從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可知，控制電路要完成以下四項(xiàng)功能:1. “直接清零”開關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器滅燈。2. “啟動(dòng)”開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能，顯示器顯示24秒字樣；斷開“啟動(dòng)”開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器開始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。3. “暫停/連續(xù)開關(guān)處于“暫停”位置時(shí)?？刂齐娐贩怄i時(shí)鐘脈沖信號(hào) CP,計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，顯示器上保持原來(lái)的數(shù)不變，“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于“連續(xù)”位置時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。4.數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零（即定時(shí)時(shí)間到）時(shí)，控制電

12、路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變,同時(shí)報(bào)警電路工作。如圖2-7所示。SPEAKERC6100u LED-YELLOWD1圖2-7光電報(bào)警電路當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí),十位計(jì)數(shù)器Q3端瞬間變化0-9-0,形成一個(gè)低窄脈沖給 輔助時(shí)序控制電路，此時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)光二極管發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)，完成報(bào)警功 能,而在遞減計(jì)數(shù)時(shí)，輔助時(shí)序控制電路接收高電平，不報(bào)警。+5v+5V圖2-8 輔助時(shí)序控制電路圖（時(shí)鐘信號(hào)控制電路）R70.61kR82.4kC7220nF334譯碼顯示模塊此模塊主要是由74HC4511譯碼器和共陰極七段LED顯示器組成，通過(guò)計(jì)數(shù)器加到譯碼器，從而實(shí)現(xiàn)共陰極七段LED顯示器從24遞減到零的計(jì) 數(shù)

13、顯示功能。74HC4511是七段顯示譯碼器，其管腳圖如下圖 2-9所示?，F(xiàn)將各管腳 功能介紹一下:A、B、C、D是BCD碼的輸入端;QA QB QC QD QE QF QG是輸出端;試燈輸入端LT ：低電平有效。當(dāng)LT = 0時(shí),數(shù)碼管的七段應(yīng)全亮，與輸入的譯碼信號(hào)無(wú)關(guān)。本輸入端用于測(cè)試數(shù)碼管的好壞;動(dòng)態(tài)滅零輸入端BI :低電平有效。當(dāng)LT = 1、Bl = 0、且譯碼輸入為0 時(shí)，該位輸出不顯示，即0字被熄滅；當(dāng)譯碼輸入不全為0時(shí)，該位正常顯 示。26A B C DLTBI _ le/StBQA QB QC QD QE QF QG13727075圖2 974HC4511譯碼器4. 實(shí)驗(yàn)體會(huì)本

14、次課程設(shè)計(jì)是本人到目前為止覺(jué)得最有意義也是收獲最大的一次實(shí) 習(xí)。身為信息工程系的學(xué)生，設(shè)計(jì)是我們將來(lái)必需的技能。而這次課設(shè)恰恰 給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的平臺(tái)。在本次課程設(shè)計(jì)中，我對(duì)74HC4511、74LS192、555等芯片加深了了解, 和鞏固了對(duì)它們的使用，對(duì)于數(shù)字、模擬電路的綜合運(yùn)用有了更深一步理解, 為以后的電路分析和設(shè)計(jì)奠定了一定的基礎(chǔ)。提高實(shí)踐動(dòng)手能力。大學(xué)中許 多的時(shí)間都是在學(xué)習(xí)理論知識(shí)，很少參與時(shí)間中去，課程設(shè)計(jì)給我們提供了 一個(gè)寶貴的機(jī)會(huì)，理論用語(yǔ)實(shí)踐，從設(shè)計(jì)，仿真，每一步的進(jìn)行，都會(huì)帶來(lái) 受益非淺的實(shí)際操作訓(xùn)練，許多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是我們?cè)谡n本上學(xué)不到的，必須 經(jīng)過(guò)這樣

15、嚴(yán)格的自己動(dòng)手，才會(huì)從中體會(huì)出設(shè)計(jì)成果的喜悅。理論知識(shí)總是 要用于實(shí)踐中才得以升華，我們應(yīng)該更多的參與實(shí)踐，以增強(qiáng)我們對(duì)電子專 業(yè)的興趣。同時(shí)，從開發(fā)設(shè)計(jì)一些小規(guī)模產(chǎn)品去體會(huì)學(xué)習(xí)開發(fā)設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品 的設(shè)計(jì)思路，為以后的工作打下基礎(chǔ)。從通過(guò)理論設(shè)計(jì)，到仿真軟件仿真，再到確定具體方案，最后到調(diào)試 電路、成型。整個(gè)過(guò)程都需要我充分利用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行思考、借鑒?？梢哉f(shuō)，本次課設(shè)是針對(duì)前面所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行的一次比較綜合的檢驗(yàn)。總的來(lái)說(shuō), 這次課程設(shè)計(jì)非常充實(shí)。J一基基PBS基單基基I基孑傳機(jī) I能;系統(tǒng) 厶8th究制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究 究PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的 通用溫制（研究研制）調(diào)節(jié)器I的系統(tǒng)的采集與處理技術(shù)的研究究測(cè)激單發(fā)器的手現(xiàn)控制面板的研制 究計(jì)濁度儀的研制開發(fā)線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究 應(yīng)用儀究研制 is IP*