電子線路課程設(shè)計(jì)—籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器

1、目 錄1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)、功能要求說明及總體方案介紹11.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)11.2 功能要求說明11.3 總體方案介紹12 單元電路的設(shè)計(jì)22.1 秒脈沖發(fā)生器22.2 計(jì)數(shù)器42.3 譯碼顯示42.4 控制電路52.5 報(bào)警電路52.6 電路原理圖和PCB圖53 芯片引腳及功能說明63.1 555定時(shí)器63.2 74LS16173.3 74LS19273.4 74LS4884 仿真結(jié)果及分析104.1 仿真總原理圖104.2 仿真結(jié)果11小 結(jié)12元件清單13參考文獻(xiàn)14附 錄15附錄A：電路原理圖15附錄B：電路PCB圖161 設(shè)計(jì)課題任務(wù)、功能要求說明及總體方案介紹1.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)設(shè)計(jì)

2、并制作一個籃球競賽計(jì)時(shí)器1.2 功能要求說明1.準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，具有顯示30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、啟動和暫停、連續(xù)功能；3.計(jì)時(shí)器為30s遞減計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)間隔為1s；4.計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)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。1.3 總體方案介紹籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器的總體方案框圖如圖1.1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（簡稱控制電路）等五個模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路時(shí)系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成30秒技術(shù)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示、定時(shí)完成報(bào)警等功能。圖1

3、.1 30秒計(jì)時(shí)器的總體方案框圖2 單元電路的設(shè)計(jì)2.1 秒脈沖發(fā)生器2.1.1 秒脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)原理用555集成電路組成多諧振蕩電路如圖2.1所示。電路的工作原理是：接通電源，電源經(jīng)外接電阻R1和R2向電容C充電，其上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電壓上升至2/3VDD時(shí)，會使比較器A1翻轉(zhuǎn)輸出低電平，RS觸發(fā)器復(fù)位，輸出端U0=0，同時(shí)三極管VT導(dǎo)通，電容C通過R2和VT放電，當(dāng)電容電壓下降到1/3VDD時(shí)，比較器A2翻轉(zhuǎn)輸出低電平，RS觸發(fā)器置位，輸出端變?yōu)楦唠娖?，三極管VT截止，C放電終止又開始充電，周而復(fù)始，輸出端便可獲得周期性的矩形脈沖波。電容C的放電時(shí)間t1與充電時(shí)間t2分別為t1=R2

4、CIN20.7R2Ct2=(R1+R2)CIN20.7(R1+R2)C可得輸出脈沖波的頻率為f=1/(t1+t2)1.43/(R1+2R2)C圖2.1 555集成電路組成多諧振蕩電路2.1.2 秒脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)方案一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高，由于本次課程設(shè)計(jì)對精度要求不高，因此選擇用555集成電路組成多諧振蕩電路產(chǎn)生f=10Hz的周期性矩形脈沖波。555集成電路組成多諧振蕩電路參數(shù)設(shè)計(jì)如圖2.2所示。圖2.2 555集成電路組成多諧振蕩電路參數(shù)設(shè)計(jì)用74LS161構(gòu)成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖2.3所示，當(dāng)周期為0.1秒的脈沖信號由CLK端進(jìn)入計(jì)數(shù)器時(shí)，每隔10個脈沖74LS161計(jì)數(shù)一

5、次，所以從CO輸出端輸出周期為1秒的脈沖信號，完成秒脈沖的設(shè)計(jì)。 圖2.3 74LS161構(gòu)成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器2.2 計(jì)數(shù)器8421BCD碼30進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器由兩片74LS192構(gòu)成。74LS192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具有“異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進(jìn)位和借位輸出端。當(dāng)需要進(jìn)行多級擴(kuò)展連接時(shí)，只要將前級的端接到下一級的CPD端，端接到下一級的CPU端即可。此計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為N=(0011 0000)8421BCD=(30)10。它的計(jì)數(shù)原理是，只有當(dāng)?shù)臀唤栉欢税l(fā)出負(fù)跳變借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器才做減1計(jì)數(shù)。當(dāng)高，低位計(jì)數(shù)器全為0，且CPD為0時(shí)，計(jì)數(shù)器完成并行置數(shù)，之后，在CPD端的輸入時(shí)鐘脈沖

6、作用下，計(jì)數(shù)器進(jìn)入下一輪循環(huán)減計(jì)數(shù)。8421BCD碼30進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器如圖2.4所示。圖2.4 8421BCD碼30進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器2.3 譯碼顯示用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48專用于驅(qū)動LED七段共陽極顯示數(shù)碼管。若將計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。譯碼顯示電路如圖2.5所示。圖2.5 譯碼顯示電路2.4 控制電路此控制電路可以完成以下功能：1、閉合“啟動”開關(guān)，計(jì)數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能，顯示器顯示30，斷開“啟動”開關(guān)，計(jì)數(shù)器開始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。2、當(dāng)“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于“暫?！睍r(shí)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，顯示器保持不變，當(dāng)此開

7、關(guān)處于“繼續(xù)”開關(guān)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。3、當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí)，控制電路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變，同時(shí)報(bào)警電路（發(fā)光二極管）工作。電路圖見電路原理圖。2.5 報(bào)警電路報(bào)警電路如圖2.所示，兩片74LS192的借位輸出端與圖中的非門輸入端相接，當(dāng)兩片74LS192同時(shí)有借位輸出時(shí)，即輸出低電平時(shí)，二極管導(dǎo)通發(fā)光，達(dá)到光電報(bào)警的作用。圖2.6 報(bào)警電路2.6 電路原理圖和PCB圖2.6.1 電路原理圖見附錄A2.6.2 電路PCB圖見附錄B3 芯片引腳及功能說明3.1 555定時(shí)器NE555的作用是用內(nèi)部的定時(shí)器來構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖。圖3.1 555定時(shí)器引腳圖

8、NE555引腳圖介紹如下：1地GND 2觸發(fā) 3輸出 4復(fù)位 5控制電壓 6門限(閾值） 7放電 8電源電壓Vcc表3.1 555定時(shí)器功能表輸入輸出復(fù)位THQVT1狀態(tài)0××0導(dǎo)通11截止10導(dǎo)通1原狀態(tài)不變3.2 74LS16174LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器。圖3.2 74LS161引腳圖74LS161引腳圖介紹如下：CP為時(shí)鐘輸入，P0P3為數(shù)據(jù)輸入端，/MR清零，使能CEP和CET，PE為置數(shù)端，Q0Q3為數(shù)據(jù)輸出端，以及進(jìn)位輸出TC。表3.2 74LS161功能表 3.3

9、 74LS19274LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。圖3.3 74LS192引腳圖74LS192引腳圖介紹如下：CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。  LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。  CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。  CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，  BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。表3.3 74LS192功能表輸入輸出CR功能表CPU CPDD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q01XXX X X X X 0 0 0 000XX d c b a

10、d c b a011 1 X X X X保持01 1 X X X X加計(jì)數(shù)011 X X X X減計(jì)數(shù)3.4 74LS48段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器。圖3.4 74LS48引腳圖 74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 由74LS48真值表可獲知74LS48所具有的邏輯功能：（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時(shí)，輸入DCBA

11、經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動信號，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表1中116行。（2）消隱功能（BI=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無論LT 和RBI輸入什么電平信號，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動態(tài)顯示。（3）燈測試功能（LT = 0）此時(shí)BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號時(shí)，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。（4）動態(tài)滅零功能（LT=1

12、，RBI=1）此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號，RBI 端輸入低電平信號，若此時(shí)DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。表3.4 74LS48功能表4 仿真結(jié)果及分析4.1 仿真總原理圖圖4.1 仿真總原理圖4.2 仿真結(jié)果數(shù)碼管顯示：555定時(shí)器輸出f=10Hz的脈沖：小 結(jié)課程設(shè)計(jì)需要的是活學(xué)活用所涉及的知識。整個設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從單一的理論學(xué)習(xí)到解決實(shí)際問題的轉(zhuǎn)變。通過本次的課程設(shè)計(jì)，我最大的收獲就是提高了自身的動手能力，培養(yǎng)了我的尋求解決問題的能力也

13、增強(qiáng)了我其它方面的能力。在設(shè)計(jì)中，我充分應(yīng)用我們所學(xué)的知識，例如：集成電路74LS系列、三極管、二極管、定時(shí)器555等元件的應(yīng)用。這次實(shí)踐使我受益匪淺，在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了我的實(shí)際操作能力。在讓我體會到設(shè)計(jì)電路艱辛的同時(shí)，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。這次設(shè)計(jì)所用的的工具是Multisim 10.0.1,由于之前接觸過類似的軟件，所以畫圖和仿真就比較方便，使設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到了保證。 本次課程設(shè)計(jì)提高了我的綜合動手能力和工程設(shè)計(jì)能力，它使我的理論知識得到了綜合應(yīng)用，培養(yǎng)我綜合運(yùn)用所學(xué)理論的能力和解決較復(fù)雜的實(shí)際問題的能力。電子技術(shù)發(fā)展呈

14、現(xiàn)出系統(tǒng)集成化，自動化，設(shè)計(jì)自動化，用戶專業(yè)化和測試智能的優(yōu)勢，作為一個大學(xué)生。我們必須時(shí)代的發(fā)展，這使我們必須要擴(kuò)展自己的知識，并利用計(jì)算機(jī)來輔助分析和設(shè)計(jì)，這對我們是有益的。課程設(shè)計(jì)的自主設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)和研究過程中，通過寫課程設(shè)計(jì)的總結(jié)報(bào)告，初步訓(xùn)練我的書面表達(dá)能力。組織邏輯能力，這些技能應(yīng)用性強(qiáng)，對我的將來就業(yè)和進(jìn)一步發(fā)展幫助較大。同時(shí)也加強(qiáng)了對課本知識的理解，使我們做到理論和與實(shí)際的聯(lián)系，收獲很大。并且我也深深地體會到自己所學(xué)知識的不足，激發(fā)了我的自學(xué)能力和應(yīng)對挑戰(zhàn)的能力。為今后學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，也培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的作風(fēng)。元件清單元件名數(shù)量參數(shù)電阻35.1k11k14.7k電容10.1uf110uf滑動變阻器110k一位七段共陰數(shù)碼管274LS48274LS192274LS161174LS00274LS0415551微動開關(guān)1六腳開關(guān)1撥動開關(guān)1發(fā)光二極管2DC電源座1插針4參考文獻(xiàn)1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.北京：高等教育出版社，1998.111 Yan Shi. Fundamentals of digital electronic technology (Fourth Edition). Beijing: Hig