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1、电子技术课程设计报告设计课题：具有数字显示的篮球竞赛30S计时器专业： 电气工程及其自动化 姓名： 学号： 0400120421 同作者： 指导教师： 设计时间： 1月14 日至1月28日 前言本设计利用数字电路的知识设计了篮球竞赛30秒内任意定时计时器,该计时器可通过启动、清零复位和暂停/连续拨动开关实现断点计时功能,计时器递减到零时,发出光电报警信号.该计时器的设计采用模块化结构,有3个模块即计时模块、控制模块、以及显示模块组成.此电路是以时钟产生,触发,倒计时计数,译码显示为主要功能,在次结构的基础上,构造成篮球竞赛30秒计时器电路。本设计在原有的数字电路的基础上，通过图书馆和互联网络的
2、资料收查初步确定主体电路，然后用仿真软件EWB边仿真边设计电路，把其他功能补全，优化电路。仿真电路完全成功后用 PROTEL 99SE根据仿真成功的电路图做电气图和PCB。PCB图完成后打印、腐蚀、钻孔，最后安装和调试成功。目 录前言 21 系统概述 32 单元电路设计、仿真与分析 32.1 时钟脉冲电路 32.2 计时电路 52.3 控制电路 62.4 译码显示电路 62.5 报警电路 73 电路的安装与调试 94 结束语 105 鸣谢 106 元器件明细表 117 参考文献 118 附图 128.1 总原理图 138.2 PCB版图 14第1章 系统概论一、设计任务及系统功能简介 设计一个
3、篮球竞赛30S进攻时间限制计时器。性能指标要求： （1）工作时间可在130S内任意设定。（2）30S计时器是递减计时器，间隔为1S。能用LED数码管显示剩余工作时间，还能显示到1/10秒。即当计时开始时显示出所设定的总时间，每当计时10个1/10S，显示器的数字立即减1。（3）减1计时到7S时，发出三声低音预告信号。(4) 减1计时到零时(工作时间到)，发出三声高声，并自动停止计时。(5) 具有暂停/继续工作、清零复位和启动计时功能。二、总体方框图与实现的原理及方案论证 1.电路原理框架图 图（1）原理框图图（1）包括脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路等5个部分。其中，计数器
4、和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数.暂停/连续计数，译码显示电路的显示和灭灯等功能。第2章 单元电路设计与仿真(1)时钟脉冲电路：这里我们用NE555组成多谐振荡电路为系统提供时钟。多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时毋须外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。用555实现多谐振荡，需要外接电阻R1，R2和电容C1，C2。据所用电阻R1=5.1K ,R2=4.7K ，C20.1uF而需要的频率为10HZ，根据公式T1=0.7*C1*（R1R2）T2=0.7*C1*R2T1+T2=0.1算出C1应取10uF。并外
5、接+5V的直流电源。只需在+Ucc端接上+5V的电源，就能在3脚产生周期性的方波。（电路如下图：）仿真电路图产生的波形（2） 计时电路仿真电路如下:8421BCD码30进制递减计数器是由两片74192芯片构成的，其中74192的功能表如表1所示，另外管脚列图中CO是加计数进位输出端，当加计数到最大计数值时，CO发出一个底电平；BO为减计数借位输出端，但减计数到零时，BO发出一个底电平。电路采用串行接位方式级联，每当个位计数器由0复9时，其BO发出一个脉冲作十位计数器减计数的时钟信号，使十位计数器减1计数。30进制递减计数器的预置数是N=（0011 0000）8421BCD=(30)D,它的计数
6、原理是，每当低位计数器的BO端发出负跳变借位脉冲时，高位计数器减1计数。当高位和低位计数器全处于0，同时在CPD=0期间，高位计数器BO=LD=0，计数器完成异步置数，之后BO=LD=1，计数器在CPD时钟脉冲作用下，进入下一轮的减计数。 CLR | UP DOWN | LOAD | A B C D | QA QB QC QD CO BO -|-|-|- 1 | X X | X | X X X X | 0 0 0 0 1 1 0 | X X | 0 | X X X X | A B C D 1 1 0 | POS 1 | 1 | X X X X | Count UP * * 0 | 1 POS
7、| 1 | X X X X | Count Down * * 表1（3）控制电路 如上图可以知道两个与非门构成的基本RS触发器，并控制74ls161（仿真用74163代替）的使能端ENP和ENT从而达到暂停计时和继续计时作用。复位、清零电路图如下:通过复位开关控制192和161的预置使其复位到预置, 清零开关控制清零端的功能.使两个192的借位输出反馈控制161的使能端。（4）译码显示电路译码和数码显示电路是将计数器的记时状态直观清晰地反映出来,被人们的视觉器官所接受。显示器件选用LED七段共阴数码管.在译码显示电路输出信号的驱动下,显示出清晰,直观的数字符号。74ls48译码器输入.出信号和
8、数码管显示如表2所示A B C D OA OB OC OD OE OF OG 数码管显示0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 10 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 20 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 30 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 40 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 50 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 60 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 71 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 9 表2（5） 报警电路由74ls161记数器（仿真用74163代替）和非门构成的报警电路如图所示
9、。其中74ls161形成脉冲，161计数输出如下：DCBA DCBA0000 10000001 10010010 10100011 10110100 11000101 1101 0110 11100111 1111其B端输出每次间隔两个脉冲出一次连续高电平，所以使B端经过反相后推动蜂鸣器，使蜂鸣器能在一个计数循环内相三次。其中7秒时可以直接从计数脉冲直接引出实现高声三次蜂鸣。而零秒时用如下电路实现：通过LOAD的预置，使161在零秒时无效开始计数，而QC和QD的的输出反馈控制161的计数状态，使其只能从01011111计数一次，最终实现零秒时只响三声低声。（6）电路仿真图第3章 电路的安装与调
10、试（1） 时钟脉冲电路的安装和调试 振荡电路输出接发光二极管，观察发光二极管的显示情况。（2）计数器的安装和调试。按电路连线，输出可接发光二极管。观察在CP作用下（CP为1HZ，可由555振荡电路提供）输出端发光二极管的状态变化情况，验证是否为十进制计数器。（3） 译码显示电路的安装和调试 按电路在实验板上连线。观察在CP作用下数码管的显示情况。 （4）调试过程及结果分析接上电源后发现，我们的数码管没有任何变化，我们都认为事芯片的原因。经过仔细检查没跟导线，发现芯片没有虚焊。最后不得不从一开始的检查电路的线路，到了最后才知道是芯片74ls48的使能端接电源上有失误，芯片74ls48的使能端连接
11、加电源线使其无效，但是正是由于接电路的一个不小心，误把电源线加成了地线，导致了整个电路的失败，不能正常显示。数码管正常显示之后发现记数时发光二极管不停的闪烁而到记到7秒的时候却暗下来，分析认为信号没控制好。按图索骥，从发光二极管开始往回查，最后发现7秒的反馈信号漏接了一个反相器。第7秒正常之后，发现零秒时刻蜂鸣器并不响，初步认为专用来报警的161不能正常工作。测试161的每个管脚电平，发现预置端LOAD 没始终为零，致使161在零时刻不能计数。问题发现后，沿着反馈线路检查发现借位输出端的与非门少了一根跳线。那跳线在做PCB图时忘了加上焊盘导致漏焊。预置端LOAD正常后，发现零秒时刻蜂鸣器还是不
12、响。认识到161的问题不只一处。再次检查发现使能端7和10始终为0，使得161始终保持。仔细检查器件管脚之间的接线没发现问题。后来查看导电铜板时发现有一小块焊锡把使能端的反馈线与旁边的铜板短接，那小块焊锡是在摔其他焊点多余焊锡时不小心沾上的。挑去焊锡后使能端工作正常。在没改电路前，发现7秒时蜂鸣器能响高声，但零秒是不能响，发光二极管亮的很微弱。可以肯定变阻器没分压好，但不管怎么调试总不能使两个报警时刻同时响，更不说分高低音了。初步分析，发现原来的蜂鸣器工作电压为5V，分压后平均电压为2.5V，不能使其能工作。讨论认为可用三极管放大电压，但需另一电源，不经济。然后认为换一个工作电压为2到3伏的蜂
13、鸣器。3V蜂鸣器买回来后，突然想起可以同时用两个蜂鸣器分开报警，这样可以不浪费原来的蜂鸣器。于是用别人多出的发光二极管串联接到零秒作用端。第4章结束语经过本次课程设计，了解了从电路设计到实物安装调试的整个过程，加深了对数电知识的进一步的掌握，学会了如何用EWB和PROTEL实现电路的设计及制作。在设计及制作过程中，发现了许多错误，体会到了理论与实际的差距，懂得了如何用理论引导实际。学会了与同伴的合作设计。本次课程设计难度适中，激发了我们的积极性，提高了我们的设计和动手能力。但本次实验时间与考试复习时间有冲突，限制了我们对电路的优化，建议以后先考完试再做课设。鸣谢： 感谢指导老师黄知超和高鹏老师
14、的辛勤教导，创新基地的工具提供，邵湖同学的极力合作，全体宿舍同学的协同和帮助！元器件明细表：序号编号名称数量说明174LS192十进制可逆计数器2片工作电压5V2NE555单稳态触发器1片工作电压5V374LS48七路显示译码器3片工作电压5V474LS161 计数器2片工作电压5V57400与非门3片工作电压5V67404反向器3片工作电压5V77410与非门1片工作电压5V8R14.7k电阻1只 9R25.1k电阻6只 10C10.1uF1只11C210uF1只12Speaker蜂鸣器2只8，5V、3V13k单刀双置开关9只14LED发光二极管2只15DPY_7-SEG共阴极七段数码显示管3片16R变阻器1个参考文献:1 康华光主编电子技术基础(数字部分) 高等教育出版社1998年第四版2 江国强 蒋艳红编著现代数字逻辑电路实验指导电子工业出版社2003年3 钟文耀 段玉生 何丽静编著EWB 电路设计入门与应用清华大学出版社2000年4 及力主编Protel 99 SE原理图与PCB设计教程电子工业出版社2005年5谢自美主编电子线路设计 实验 测试华中科技大学出版社2002年6 毕满清主编电子技术实验与课程设计机械工业出版社2006年
