湖南城市学院数电课程设计完美符合要求.doc

2012级通信工程专业数字电子技术课程设计数字电子技术课程设计报告书 课题名称篮球竞赛24秒计时器设计姓 名范聃学 号1212401-04学 院通信与电子工程学院专 业通信工程指导教师周来秀2014年06月23日一、设计任务及要求：设计任务：设计一个篮球竞赛24秒计时器要 求：（1）显示24秒计时功能 （2）控制计时器直接清零、启动、暂停/连续功能（3）计时器为24秒递减计时器（4）递减计时器到零时，显示器不能灭灯，同时发出光电警报指导教师签名： 年 月 日 二、指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日 三、成绩 验收盖章 年 月 日 篮球竞赛24秒计时器1 设计任务及目标（1） 根据原理图分析各单元电路的功能（2） 熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能（3） 进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求（4） 写出完整、详细的课程设计报告2设计思路设计一个数码显示器上显示24数字，并具有倒数的功能的电路，且数码显示器都为零时，要有报警功能。有清零、置数、暂停/连续等功能。3 设计过程3.1 方案论证 篮球运动员执球的时间为24秒，则从24秒到0秒为止。到0秒时，通过警报来提醒运动员时间到了，在运球过程中可能会出现状况，因此要求计时器具有暂停/连续，从头开始（置数）等功能。3.2 整体设计框图24秒计时器由秒脉冲发生器、计数器、译码显示器、报警电路和辅助时序控制电路等五个模块组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动技术、暂停/连续技术、译码显示电路与灭灯、定时时间到报警等功能。其原理框图如图1所示。秒脉冲发生器控制电路报警电路译码显示计数器图1 篮球竞赛24秒计时器原理框图3.3主要元器件及介绍（1）74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列逻辑如图2所示。（2）555定时器可以构成的多谐振振荡器，电接通电源后，通过555定时器的功能会形成一个周期性的矩形波。通过调节555定时器可以形成一定频率的振荡电路。其振荡频率为f=1.43/(R5+2R6)C，选R6=68K,C1=10Uf,通过调节R5是振荡器的输出频率为1HZ。这样它就具有形成秒脉冲源等功能，其逻辑电路图如图3所示。 U1274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14 图2 74LS192引脚图 图3 秒脉冲信号发生器3.4单元电路设计3.4.1 8421BCD码递减计数器计数器选用汇总规模集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加锁计数器，它采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、加锁计数功能。该电路有两个74LS192计数器构成。CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。则74LS192的功能表如表1所示。表1 74LS192 功能表输入输出MRPLCPuCPdABCDQAQBQCQD1000000dcbadcba011加计数011减计数在该设计中，利用芯片的减计数功能，即时钟脉冲从CPd输入，而CPu接高电平。采用两片芯片级连的方式，低位的借位信号作为高位的时钟信号。高位的借位信号通过与非门控制地位的CP输入，从而当倒计时为00时达到停止计数的目的。置数采用8421BCD码，24转化为8421BCD码为00100100。电路接线如图4所示。图4倒计时电路图其预置数为N=（00100100）B=（24）D 它的计数原理是：只有当低位BO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，且CPD为0时，置数端，计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。且开关J1具有暂停连续功能，J2具有置数功能，J3具有清零功能。3.4.2 由555定时器构成的多谐振荡信号用555定时器组成的多谐振荡电路图如上图2所示，接通电源后，电容C1被充电，当vc上升到2/3Vcc时，使v0为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C1通过R6和T放电，使vc下降。当vc下降到1/3Vcc时，v0翻转为高电平。电容器C1放电所需的时间为tpl=R6Cln2=0.7R2C。当放电结束时，T截止，Vcc将通过R5,R6向电容器C1充电，vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间为tph=(R5+R6)Cln2=0.7(R5+R6)C。当vc上升到2/3Vcc时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路图如上图2所示。其振荡频率为f=1/（tpl+tph）=1.43/(R5+2R6)C。设定R6=68K,C1=10uF。通过调节R5是多谐振荡电路的发出信号为1HZ。满足设计要求。3.4.3 报警信号电路设计设中要求计时器到零时，就有报警功能，所以同过设计一个或非门和与门组成的逻辑电路实现报警功能。其电路图如图5所示。图5 报警信号逻辑电路图3.5 篮球竞赛24秒计时器总体设计图总体设计图如图6所示：其工作原理包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示器、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个模块组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动技术、暂停/连续技术、译码显示电路的显示灭灯、定时时间到报警等功能。秒脉冲发生器产生的信号是电路时钟脉冲和定时的标准，故电路可以采用555集成电路构成的多谐振荡器构成。图6 篮球竞赛24秒计时器总体电路图4 系统仿真与结果4.1 计时器开始时显示24字样以及启动功能计时器刚开始时，接通电源数码显示器上显示24字样以及通过开关J2启动倒计时功能。当开关J2断开时，开始倒计时。其仿真电路图如图7所示。图7 计时器开始时的电路截图4.2 计时器的清零功能通过调节开关J3来实现数码显示器上的数字清零功能。其仿真电路图如图8所示。图8 计时器的清零功能电路截图4.3 计时器的连续/暂停功能计时器通过调节J1来实现连续/暂停功能，当J1闭合时，计数器暂停，当J1又断开时，计时器则连续计数（不从头开始）。其仿真电路图如图9所示。图9 计时器的暂停功能截图4.4 计时器到零时具有报警功能当计时器从24递减到00时，电路图上的灯泡会变亮，说明计时器具有定时报警功能。其仿真电路图如图10所示。图10 计时器到00时具有报警功能5 主要仪器与设备软件：Multisim 10集成电路：74LS192D 两片；74LS02D 三片；74LS10N 一片； 74LS04D 一片；74LS08J 两片；小灯泡等。 6 设计体会与建议通过这次对篮球竞赛24秒计时器的设计，让我对设计电路有了初步的了解，以及对仿真软件的应用。首先我觉得设计电路最重要的是设计思路，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半，因此我们应该在设计前做好充分的准备。其次是使我学到书本上不能学到的东西。同时也锻炼了我的动手的能力，也使我真正的明白要自己真的做成一件事一定要有恒心和永不放弃的精神。通过这次课程设计，我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的了解，也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。这是一次获益匪浅的实习。最后，我希望学校多给我们亲自动手的的机会，有些东西只有自己亲自去实践才能完全的弄懂