課程設(shè)計(jì)報(bào)告籃球30秒倒數(shù)計(jì)時(shí)器VIP

1、信電學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2011 /2012學(xué)年第二學(xué)期）課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 籃球30秒倒數(shù)計(jì)時(shí)器 專業(yè)班級： 自動化3班 學(xué)生姓名： 程江峰 學(xué) 號： 100410317 指導(dǎo)教師： 馬志鋼 設(shè)計(jì)周數(shù)： 兩周 課設(shè)成績： 2012年7月5日目錄一、課程設(shè)計(jì)摘要-二、課程設(shè)計(jì)正文 1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2、方案設(shè)計(jì)（系統(tǒng)控制電路框圖及說明） 3、元器件詳細(xì)介紹 4、系統(tǒng)原理圖、印制板圖及其說明 5、安裝、調(diào)試及性能測試與分析6、課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得 三、課程設(shè)計(jì)總結(jié) 四、附錄（PCB圖）五、參考文獻(xiàn)一、課程設(shè)計(jì)摘要通過電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)獨(dú)立思考、分析問題、解決

2、問題的能力，培養(yǎng)工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計(jì)能力。根據(jù)所學(xué)模擬電子技術(shù)、數(shù)字系統(tǒng)與邏輯設(shè)計(jì)的理論，對模擬電子線路、數(shù)字電子線路以及模擬與數(shù)字綜合電子線路進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試。定時(shí)電路是數(shù)字系統(tǒng)中的基本單元電路，它主要由計(jì)數(shù)器和振蕩器組成。定時(shí)電路主要利用分立元件，中規(guī)模集成器件555定時(shí)器。用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的定時(shí)電路主要應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器原理，實(shí)現(xiàn)定時(shí)器的功能。在實(shí)際工作中，定時(shí)器的應(yīng)用場合很多，例如，籃球比賽規(guī)則中，隊(duì)員持球時(shí)間不能超過30秒，就是定時(shí)電路的一種具體應(yīng)用?；@球競賽30秒定時(shí)器電路主要利用555定時(shí)器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)計(jì)數(shù)器進(jìn)行從30至00倒計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果通過譯碼電路和

3、數(shù)碼管顯示，當(dāng)計(jì)數(shù)器減至00時(shí)，報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。二、課程設(shè)計(jì)正文1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 30秒計(jì)時(shí)功能，兩位數(shù)字顯示，計(jì)時(shí)間隔為1秒。完成硬件制作實(shí)現(xiàn)30秒減計(jì)數(shù)，每次減計(jì)時(shí)結(jié)束后，蜂鳴器報(bào)警提示，數(shù)碼管顯示00；電路需設(shè)置外部開關(guān)，可使定時(shí)器直接復(fù)位，并具有啟動計(jì)時(shí)、暫停/連續(xù)計(jì)時(shí)功能。 2、方案設(shè)計(jì)（系統(tǒng)控制電路框圖及說明）設(shè)計(jì)原理框圖： 30秒定時(shí)器電路的原理框圖由圖2.1可知，30秒定時(shí)電路主要由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助控制電路五部分組成。其中，秒脈沖發(fā)生器和計(jì)數(shù)器是系統(tǒng)的主要組成部分。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是整個(gè)定時(shí)電路的動力基

4、礎(chǔ)，采用555集成電路組成的多諧振蕩器構(gòu)成。計(jì)數(shù)器完成30秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)功能，譯碼顯示電路完成計(jì)時(shí)顯示功能、報(bào)警電路完成定時(shí)時(shí)間到報(bào)警功能。本設(shè)計(jì)的秒脈沖發(fā)生器采用555集成電路，計(jì)數(shù)器采用兩片74LS192芯片組成30進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器，譯碼顯示電路用CD4511進(jìn)行譯碼和共陰極七段數(shù)碼管顯示器組成，報(bào)警電路在設(shè)計(jì)中用發(fā)光二極管和蜂鳴器組成。3、元器件介紹 元器件詳單元件名型號數(shù)量555定時(shí)器5551計(jì)數(shù)器74LS1922譯碼器CD45112七段共陰極數(shù)碼管2發(fā)光二極管1蜂鳴器1開關(guān)2電容2電阻6.8K1電阻68K2電阻10015電阻010電

5、阻10K2三極管855012輸入四與門74LS0814、系統(tǒng)原理圖、印制板圖及其說明一、單元電路分析根據(jù)設(shè)計(jì)思路和原理框圖，對各個(gè)單元電路進(jìn)行分析，逐次設(shè)計(jì)出各個(gè)單元電路。1、秒脈沖發(fā)生器（1）555定時(shí)器電路的基本原理555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖所示。555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由圖可以看出，555內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)電壓比較器C1和C2，一個(gè)基本RS觸發(fā)器和一個(gè)集電極開路的放電三極管TD三部分構(gòu)成。VI1是比較器C1的反相輸入端，也稱閾值端，用TH表示。VI2是比較器C2的同相輸入端，也稱觸發(fā)端，用TR表示。VR1和VR2是C1和C2的基準(zhǔn)電壓，VCO是控制電壓輸入端，當(dāng)VCO懸空時(shí)，VR1=2/3V

6、CC，VR2= 1/3VCC。若VCO接固定電壓時(shí)，VR1=VCO， VR2=1/2VCO 。/RD是清零端，當(dāng)/RD=0時(shí)，VO=0；當(dāng)/RD=1時(shí)，電路處于工作狀態(tài)。555定時(shí)器的邏輯功能主要取決于比較器C1、C2的工作狀態(tài)，分析如下，在無外加控制電壓VCO的情況下：1、當(dāng)VI1VR1，VI2VR2時(shí)，比較器輸出VCl=0，VC2=1，觸發(fā)器置0，使得定時(shí)器輸出VO=0，同時(shí)TD導(dǎo)通。2、當(dāng)VI1VR1，VI2VR2時(shí)，比較器輸出VC1=1，VC2=0，觸發(fā)器置1，使得定時(shí)器輸出VO=1，同時(shí)TD截止。3、當(dāng)VI1VR2時(shí)，比較器輸出VCl=1，VC2=1，觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變。555集成

7、定時(shí)器功能真值表 （2）秒脈沖發(fā)生器電路設(shè)計(jì)圖中OUT引腳為輸出端，即由555產(chǎn)生的1HZ脈沖又此輸出至CD4511輸入端。接通電源后，電容C被充電，當(dāng)VC上升到2VCC3時(shí)，使V0為低電平，同時(shí)放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C通過R23和T放電，VC下降。當(dāng)VC下降到VCC3時(shí)，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為t= R23Cln20.7 R23C 當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止，VCC將通過R11、R23向電容C充電，由VCC3上升到2VCC3所需的時(shí)間為 t=( R11+ R23) Cln20.7 (R11+R23)C當(dāng)VC上升到2VCC3時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸

8、出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。 由上可得計(jì)算公式為：T=0.7 (R11+2R23)C，根據(jù)計(jì)算得，R11=47K，R23=51K，C=10F。2、計(jì)數(shù)器電路計(jì)數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制可編程同步加/減計(jì)數(shù)器，它采用8421碼二一十進(jìn)制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加/減計(jì)數(shù)功能。74LS192的真值表如表所示。 74LS192真值表74LS192引腳圖如下： 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：000

9、0狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。74LS192功能表如下：（1）74LS192的工作原理當(dāng)/LD= 1，CR=0時(shí)，若時(shí)鐘脈沖加入到CPu端，且CPd=l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)，/CO端發(fā)出進(jìn)位下跳變脈沖；若時(shí)鐘脈沖加入到端CPd，且CPu=1，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)基礎(chǔ)上完成減計(jì)數(shù)功能，當(dāng)計(jì)數(shù)減到0時(shí)，/BO端發(fā)出借位跳變脈沖。由74LS192構(gòu)成的三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器如圖所示。三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器圖中CPU、CPD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）。/LD是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）。/CO、/BO分別是進(jìn)位、借位輸出端（低電平有效）。CR是異步清零端，D3

10、D0是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q3Q0是輸出端。74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。（2）計(jì)數(shù)器單元電路74LS192的計(jì)數(shù)原理是：只有當(dāng)借位/BO1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CPd為0時(shí)，置數(shù)/LD2端等于0，計(jì)數(shù)器完成并行置數(shù)，在CPd端的輸入時(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)。計(jì)數(shù)器單元電路如圖所示。計(jì)數(shù)器單元電路該電路圖上的兩個(gè)74192的QA、QB、QC、QD端分別接譯碼器4511的ABCD端作為譯碼輸入，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為30，但計(jì)數(shù)器減為00時(shí)，高位的計(jì)數(shù)器/BO端輸出報(bào)警信號報(bào)警電路報(bào)警。 3、譯碼顯示電路 CD4511是一個(gè)用

11、于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動LED顯示器。CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，引腳排列如圖 2 所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字

12、形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時(shí)可使用300的限流電阻。CD4511引腳圖如下：其功能介紹如下： BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，

13、不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3腳是測試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級，通常用以驅(qū)動LED。其引腳圖如3-2所示。 各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示A、

14、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示 a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個(gè)引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。4511管腳排列圖輸 入輸 出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱011000011111100011000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111

15、11801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111XXXX鎖 存鎖存CD 4511的真值表4、數(shù)碼管共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體分為兩類，一是共陰極，二是共陽極。共陰就是將數(shù)碼管內(nèi)部LED的陰極接到一起并接低電平，如圖5.4所示。 共陰極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)5、清零工作電路清零/工作電路如圖所示。清零/工作電路清零/工作電路由單刀雙擲開關(guān)與電阻組成。當(dāng)開關(guān)打到清零端，即接高電平時(shí)，輸出高電平至74192的C

16、LR端，計(jì)數(shù)器清零；當(dāng)開關(guān)打到工作端，即接地，輸出低電平至74192的CLR端，清零端無效，計(jì)數(shù)器處在工作狀態(tài)。6、暫停工作電路暫停/工作輔助電路是由兩個(gè)與門組成，當(dāng)開關(guān)打到暫停端，觸發(fā)器輸出0，與555定時(shí)器輸出的時(shí)鐘脈沖一起通過與門，使得555定時(shí)器輸出脈沖不能通過與非門，輸出為低電平至74LS192的CPD端，令計(jì)數(shù)器停止工作；當(dāng)開關(guān)打到工作端，觸發(fā)器輸出為1，與/BO端輸出的高電平和555定時(shí)器輸出的時(shí)鐘脈沖一起通過與非門，使得555定時(shí)器輸出脈沖通過與非門，將脈沖送74LS192的CPD端，觸發(fā)計(jì)數(shù)器工作。7、報(bào)警電路報(bào)警電路用二極管設(shè)計(jì)。報(bào)警電路如圖所示。報(bào)警單元電路D1接/BO端

17、，R14接電源，當(dāng)計(jì)數(shù)器74192倒計(jì)數(shù)減為0時(shí)，/BO輸出低電平，發(fā)光二級管導(dǎo)通，發(fā)光報(bào)警。二、總電路圖將以上各單元電路組合, 得籃球競賽30秒定時(shí)器電路如圖所示。由555組成的秒脈沖發(fā)生器發(fā)出頻率為1HZ脈沖，該脈沖經(jīng)由與門送至由兩片74LS192組成的30進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果送至由兩個(gè)CD4511組成的譯碼器，譯碼結(jié)果送至七段共陰極數(shù)碼管并有其顯示。計(jì)數(shù)器遞減至00時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，LED點(diǎn)亮，蜂鳴器報(bào)警。按下開關(guān)鍵“S1”則暫停。開關(guān)“S2”預(yù)置清零。 三、制作過程（1）制板a 裁板b 轉(zhuǎn)印c 腐蝕：采用過硫酸鈉與水配制成的1：3的溶液，把板子放溶液里浸泡半小時(shí)左右，用清水

18、沖洗。d打眼e用去污粉把板表面覆蓋物擦掉，由于板面的銅線在空氣中放置易氧化變黑，刷一層松香水起保護(hù)作用，然后晾干(2)安裝與焊接a 安裝時(shí)注意電容與電阻要保持橫平豎直的原則；疏密的布局；先安裝不重要的元件b 安裝電阻時(shí)可采用臥裝，適用于小功率，并且抗震c 安裝時(shí)注意各個(gè)器件的管腳，正負(fù)極插正確d 焊接中的烙鐵采用內(nèi)熱式e 修理工具：烙鐵頭易被氧化，氧化層用砂紙磨掉，擦完隔熱層后打光。當(dāng)烙鐵加熱到剛開始變紫時(shí)，鍍錫，然后蘸松香水，保護(hù)烙鐵頭不被氧化。f 烙鐵頭成坡面增大焊接面積5、安裝、調(diào)試及性能測試與分析 一般分靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩大內(nèi)容，圍繞設(shè)計(jì)要求中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行（一）主要的儀器和儀表 測

19、試使用的主要儀器和儀表是萬用表。（二）調(diào)試 1、先進(jìn)行單元電路調(diào)試。（1）先用肉眼觀察各焊點(diǎn)是否焊好，有無虛焊、斷線的地方。（2）靜態(tài)測試主要是利用萬用表測試各元器件間的正負(fù)極是否正確，各條線路是否導(dǎo)通。（3）動態(tài)測試時(shí)給電路給電檢查線路，測試各器件是否正常工作，如用手背測試元器件溫度。（4）接入電源，使電路開始工作，檢查是否正常工作，看其是否能按設(shè)計(jì)方案工作。（5）檢查清除電路是否有效。2、進(jìn)行整體調(diào)試接入電源，檢查電路是否正常工作，檢查數(shù)碼顯示器是否正常顯示預(yù)置及是否進(jìn)行減計(jì)數(shù)。有不正常之處要一一改正。到此整個(gè)倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)電路已完成設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M實(shí)現(xiàn)起功能之目的。 調(diào)試中出現(xiàn)的故障，原因及排

20、除方法有的電阻焊接為虛焊，原因是檢查發(fā)生漏洞，排除方法：繼續(xù)焊接。還可能產(chǎn)生元件正負(fù)極接反得情況，排除方法：把元件拆下重新焊接。三、課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得過這兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。 這次的課程設(shè)計(jì)也讓我看到了團(tuán)隊(duì)的力量，我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。剛開始的時(shí)候，大家就分配好了各自的任務(wù)。例如我們是做籃球倒數(shù)計(jì)時(shí)器的，首先我們把整個(gè)電路分成了四部分，大家各自分工每個(gè)人負(fù)責(zé)一個(gè)模塊的了解研究，接著大家一起討論、查閱資料、搭建各個(gè)模塊的電路圖。在這次課程設(shè)計(jì)中我了解到一個(gè)人的力量事渺小的，沒有大家的共同努力事根本不可能畫出圖的，而且在課程設(shè)計(jì)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次設(shè)計(jì)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。 在這個(gè)過程中，我也曾