电子电路设计及应用课程设计报告.docx
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电子电路设计及应用课程设计报告
课程设计任务书
学生姓名：
邓盛斌、谌兵专业班级：
通信0903班
指导教师：
李文工作单位：
湖南科技学院
题目:
篮球竞赛30s计时器设计
1要求完成的主要任务:
用中、小规模集成电路设计一台能显示30秒的倒计时，要求如下：
1.具有显示30s的计时功能；
2.设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/继续功能；
3.计时器为30s递减计时时，其计时间隔为1s；
2时间安排：
时间：
第1-12周理论设计，软件仿真，第15-18周实验室焊接、安装调试。
地点：
理工楼E604实验室
学生签名：
年月日
指导教师签名：
年月日
篮球竞赛30s计时器设计
摘要
电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。
在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做时间提醒设备等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。
篮球作为一项全民健身项目，已有一定的历史。
在中国，篮球很盛行，篮球比赛也日趋职业化。
篮球比赛中有一项违例时间要用倒计时器，目前多数采用的是24秒制，但随着篮球制度的改革将会采用30秒制。
该款计时器是在原来的基础上把24秒制改为30秒制。
该计时器要有递减计时及报警功能。
以符合比赛中违例判罚的需要。
在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就犯规了。
本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒限制。
一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。
本设计主要能完成：
显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器全部显示为“0”；计时器为30秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电声报警信号等。
电路的设计借助于Multisim10.0.1仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim10.0.1下设计和进行仿真，得到了预期的结果。
Abstract
Electroniccoursedesignofelectronictechnologyisveryimportantinthestudyofalink,isthetheoreticalknowledgeandpracticalabilityoftheunificationofalink,isreallyexercisethestudents'abilityofalink.
Inmanyfieldsarethetimerusedwidely,suchasinsports,timingalarm,thegamedownthetrafficsignallights,andwhenthetrafficlights,trafficlights,controlmachine,alsocanbeusedtodotimeremindequipmentandsoon,thustimerinthemodernsocietyishowimportant.
Basketballasanationalfitnessprogramalreadyhadsomehistory.InChina,theverypopularbasketball,basketballgamehasbecomemoreandmoreprofessional.Basketballgameisaviolationoftimetousecounter-down,currentlymostuseis24secondsismade,butwiththereformofthesystemofbasketballwilluse30secondssystem.Thetimerisintheoriginalbasisand24secondssysteminsteadof30seconds.Thetimertohavedigressivetimingandalarmfunction.Tomeettheneedofunauthorizedgamedecisions.
Inthebasketballgame,settheballplayershallnotexceed30seconds,timeorit'safoul.Thiscourseofthedesign"basketballcompetition30secondstimer",andcanbeusedinthebasketballgame,usedtoballplayers30secondslimittime.Oncetheplayermorethan30secondsholdingtime,itautomaticallyalarmanddeterminetheplayersfoul.
Thisdesignmaincanfinish:
display30secondscountdownfunction;ExternaloperationswitchsystemSettings,controlthetimerdirectlyreset,start,andpause/continuousfunction;Inthedirectreset,digitaltubedisplayallshowis"0";Thetimerfor30seconds,thetimeintervaltimediminishingfor1second;Thetimertothezerohour,diminishingtimedigitalmonitordoesn'tdestroylamp,alsoissuedphotoelectricsoundalarmingsignal.
ThedesignofthecircuitbyMultisim10.0.1simulationsoftwareanddigitallogiccircuitrelatedtheoryknowledge,andinMultisim10.0.1designandsimulationunder,gottheexpectedresults.
1系统原理框图
30秒计时器的原理框图如图1.1所示。
它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路，报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个部分组成。
其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成30秒计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停/继续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。
图1.1原理框图
为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号的时序关系。
在操作直接清零开关时，要求计时器清零，数码显示器灭灯。
当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/继续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停/继续开关拨在继续时，计数器继续递减计数。
另外，外部操作开关都应采取去抖动措施，以防止机械抖动造成电路工作不稳定。
秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，电路采用555集成电路组成的多谐振荡器构成。
译码显示电路用SEVEN_SEG_COM_K共阴数码显示管。
报警电路用发光二极管和蜂鸣器。
2方案设计与论证
2.1时间脉冲产生电路
方案一：
由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。
图2.1555与RC组成的多谐振荡器图
方案二:
振荡器是计时器的核心。
振荡器的稳定度及频率的精确度决定了计时器计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。
石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。
因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。
图2.2石英晶体振荡器图
方案三：
由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器。
图2.3门电路组成的多谐振荡器图
用555组成的脉冲产生电路:
R1=300Ω，R2=3KΩ，C2=220μF ，则555所产生的脉冲的为:
f=1.43/[（R1+2*R2）*220*10-6]=0.969Hz,而设计要求为1Hz,因此其误差为3.1%,在精度要求不是很高的时候可以使用。
石英晶体振荡电路:
采用的32768晶体振荡电路,其频率为32768Hz,然后再经过15分频电路可得到标准的1Hz的脉冲输出.R的阻值,对于TTL门电路通常在0.7～2KΩ之间;对于CMOS门则常在10～100MΩ之间。
由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期不仅与时间常数RC有关，而且还取决于门电路的阈值电压VTH，由于VTH容易受到温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，只能用于对频率稳定性要求不高的场合。
综上分析，选择方案一，由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器能够作为最经济适用的信号源。
2.2时间计数器电路
计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。
本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。
图2.4是74LS192的管脚图。
图2.474LS192管脚图
74LS192具有下述功能：
①异步清零：
MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000。
（此功能可实现计数器的清零）
②异步置数：
MR=0，
=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。
③保持：
MR=0，
=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
④加计数：
CR=0,
=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
⑤减计数：
CR=0,
=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
按照课程设计任务书要求，需要计时30s，并且显示到1s，因此该设计中需要用到一个三进制的减法计数器和一个十进制的减法计数器。
我们可以用二片74LS192来实现这二个计数器。
计数模块中的二片计数器的加计数器脉冲输入端都要接高电平，且要将低位片的借位信号加到高位片的减计数脉冲输入端。
高位片计数器的借位信号控制报警信号，在进行减计数时，借位信号一直为高。
30秒倒计时计数电路可以按照图2.5连接。
图2.530秒倒计时器的计数电路
2.3译码驱动及显示单元电路
译码电路的功能是将“秒”、“分”、“时”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。
用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有4511BD。
4511BD是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且低电平有效，专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。
由4511BD和LED七段共阳数码管组成的一位数码显示电路如图2.6所示。
若将计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。
图2.6译码及驱动显示电路图
2.4控制电路
报警电路
任务要求在计时器倒计时在倒计时到0秒时发出高声警报和光电报警，因次我们可以将192的输出端按照下图连接，当计时到0秒时最高位192的借位BO会由高电平跳变为低电平，蜂鸣器和发光二极管导通，这样就产生了报警信号。
因此，按照图2.5也可以使蜂鸣器发声报警。
暂停、置位、清零控制电路
暂停/连续可以通过在将借位信号和暂停/连续控制信号和时序脉冲信号加到一起相与之后作用到1/10位计数器减计数脉冲输入端，即实现计数器递减计数到零时，显示器不灭灯。
连接电路如图2.5的“暂停”，当开关打到低电平时计时器暂停，当开关打到高电平时计时器正常计时。
启动置位可通过192的异步置数：
MR=0
=0时，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0来使计时器置位启动。
LCAD（即
）端的置位功能连接如图2.5。
清零可以通过192的异步清零：
MR=1时，Q3Q2Q1Q0=0000来使计时器清零。
CLR（即MR）端的清零功能的电路连接如图2.5。
2.5总电路图
图2.7电路总图
3仿真结果及分析
仿真结果和实验要求是一样的。
3.1结果仿真
图3.1结果仿真图
3.2时序图
图3.21秒钟个位时序图
3.3测试结果分析
经测试之后，电路可以实现设计要求，可以实现倒计时器的基本功能，比如计数，同时多功能模块暂停/继续计数功能和归零报警都可以使用。
基于仿真结果可以认定，此次篮球竞赛30s计时器的设计是成功的。
4心得与体会
这次电子电路课程设计是本专业的第一次课程设计，从设计仿真电路到测试电路芯片再到电路的连接，历时两个月，在这次设计中，我们学到了很多东西，也遇到了很多困难，但是在最后我们成功的做出了30计时器，尝试到了辛勤付出后得到成功的那份喜悦。
在本次设计的过程中，遇到了很多困难，比如说开始我们对于很多芯片的功能都是不知道的，于是我们通过上网或者问同学和老师，才慢慢对芯片的功能有了了解，在连接仿真图的过程中，计时器从计时跳到00时，计数器不保持，跳到99继续计数，对这个问题分析了很久，最终才发现是与非门那里有些问题，又如在实物接线的过程中，秒脉冲发生器一直不成功，检测了很久才发现是有两个引脚短路了，接好后又发现脉冲并非是一秒，只好拿电阻和电容一次又一次的去试，最终还是调出了1.16s/s成绩，让我和谌兵都非常高兴。
本次设计学会了很多，包括怎样怎样用锡接线，怎样对出现的问题进行调试和对许多芯片的了解。
也学到做课程设计必须有耐性，切忌急躁，对于错误，我们要有信心和耐性去解决，本次设计虽然困难很多，包括手都烫伤了，但是最后成功了，感觉一切都很值，也非常有成就感。
5参考文献
1《电子技术基础·数字部分》康华光主编高等教育出版社。
2《Multisim9在电工电子技术中的应用》董玉冰主编，清华大学出版社。
附录1元件清单
元件名称
型号
规格
数量
备注
数码显示管
SEVEN_SEG_COM_K
小号
2
显示译码器
4511BD_5V
直插式
2
16脚
8421BCD码计数器
74LS192
直插式
2
16脚
脉冲电路
555
直插式
1
8脚
非门集成芯片
74LS04
直插式
1
14脚
三输入与非门集成芯片
74LS10
直插式
1
14脚
电容
CAPACITOR
10nF、160nF
2
各1个
色环电阻
RESISTOR
10K、7K、68K，50
6
50、10K2个
其余各1个
发光二极管
LED_red
小号
1
红色
开关
单刀单掷
2
单刀单掷2个
导线
若干
非门74ls00d
74ls00d
直插式
1
14
蜂鸣器
B1zzer
直插式
1
1
附录2实物图
本科生课程设计成绩评定表
姓名
邓盛斌、谌兵
专业、班级
通信0903班
性别
男
课程设计题目：
篮球30S倒计时器设计
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
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