比赛计时器课程报告.docx
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比赛计时器课程报告
《数字逻辑电路设计》课程设计
总结报告
题目：
比赛计时器
指导教师：
设计人员（学号）：
目 录
一．设计任务书……………………………1
二．设计框图及整机概述…………………1
三．各单元电路的设计方案及原理说明…2
1、秒计数、译码及显示部分的设计………………2
2、分计数、译码及显示部分的设计………………4
3、控制电路及报警电路部分的设计………………6
四．调试过程及结果分析…………………7
五．设计、安装及调试中的体会…………8
六．对本次课程设计的意见及建议………9
七．附录（包括：
整机逻辑电路图和元器件
清单…………………………………10
八．关于FPGA…………………………11
1、设计任务书
基本设计要求：
电脑仿真，电路板布线
计时器应具有以下功能:
（1）显示时间：
分钟，秒钟（时间为学号后两位，小于20的加上20）
（2）设置操作开关，计时器具有清零，启动、暂停和继续的功能。
（3）场次至少有两次（可多次），半场结束时，有报警信号；比赛结束时，计时器停止工作，有报警信号。
（可用发光二极管显示）
3、给定条件
只能采用实验室提供的中小规模电路进行设计；实验室提供基本元件，做完后交回。
2、设计框图及整机概述
整体设计原理框图：
整机概述：
本实验利用数码管、计数器、译码器、逻辑门等器件实现计时器功能。
时钟脉冲通过CLK接入计数器，计数器开始计数，再由QAQBQCQD接入译码器，实现译码功能，然后由译码器输出端接入数码管，显示出计时数字。
而具体的进制及控制功能通过逻辑门的与门、或门、非门等来实现。
这就是整个实验的基本构思。
在这次实验中，我所做的比赛计时器的终场时间是28分钟，因此，通过逻辑门控制秒信号的两块芯片进制为60，分信号的两块芯片分别到2、8停止计数即可。
3．各单元电路的设计方案及原理说明
秒信号由实验箱提供，无需另行设计
1、秒计数、译码及显示部分的设计
秒计数器为M=60的计数器，即显示00～59，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要2片，本次实验中采用两片74LS160，它的个位为十进制，十位为六进制。
两片芯片采用并行接法，个位的RCO与十位的ENT相接，从而当个位计数至1010的同时，通过RCO产生的进位信号送给十位，十位开始计数。
当十位计数至0110时通过74LS00清零。
实验截图（实验中为实现整体清零功能在与非门74LS00前加了个与门74LS08，与门一端接高电平，另一端与74LS00相接，不影响与非门的功能）及单独接的秒计数器原理图如下：
实验截图：
单独接的秒计数器原理图：
2、分计数、译码及显示部分的设计
分计数器与秒计数器在进制上不同，本次实验中分别计数器的进制为28，采用两片中规模集成电路双十进制计数器74LS160来实现，它的个位为十进制，十位为二进制。
两片分计数器同样采用并行接法，当秒计数器十位计数至0110时清零，达到0000时产生上升沿脉冲送入分计数器的个位开始计数。
而分计数器个位的RCO与十位的ENT相接，当个位计数至1010时清零产生上升脉冲送给十位，十位计数至0010而个位计数至1000时通过与非门与两片芯片的ENP相连从而让两片芯片停止计数。
注：
实验中为实现其他功能，分计数器个位的RCO直接与十位的ENP、ENT相连，个位的ENP、ENT直接接高电平。
分计数器十位产生的0010信号和个位产生的1000信号通过一系列逻辑门控制秒信号两片芯片的计数状态，从而实现分计数器的28进制功能。
实验截图及单独接的分计数器原理图如下：
实验截图：
单独接的分计数器原理图：
3、控制电路及报警电路部分的设计
本次实验中控制电路要实现的功能有：
整体清零、中场暂停及继续、随时暂停及继续；报警电路要实现的功能有：
中场及全场结束时通过发光二极管显示提示。
如下整机电路逻辑图所示，控制电路部分：
用单刀双掷开关SW1实现整体清零功能，具体接法为：
单刀双掷开关两端分别接高电平和接地，中间那端与各片芯片的清零端相接（秒计数器十位的那片芯片为实现六进制与与门相接，故开关应与与门的一个输入端相接，在实现自身六进制功能的同时也能实现整体清零功能）；用单刀双掷开关SW2实现的是中场暂停后继续的功能，具体接法为：
SW2的两端分别接高电平和接地，中间那端接与非门U10：
B的一端。
计数时，SW2打向接高电平的那端，到中场时，由于U10：
B输出低电平，秒计数器停止计数，整个计时器停止计数，这时若要继续，则将SW2拨至接地的那端，此时U10：
B输出高电平，秒计数器继续计数，计时器继续计数。
这样，即实现中场暂停后继续的功能。
用单刀双掷开关SW3实现随时暂停和和继续功能，具体接法为：
单刀双掷开关两端一端接地，另一端接U10：
B的输出端，中间那端接秒计数器两片芯片的ENP端，这样即可实现整个计时器计数与否。
报警电路部分：
接入一个发光二极管，用发光二极管发光与否作为中场和全场的信号。
4．调试过程及结果分析
这次实验一开始设计时我用的是EWB软件，第一次设计时四块计数器芯片间用串行接法，结果发现串行接法并不可行，因为它计数时要不就是计数时计到9就回1，要不就是计到9的同时就进位了。
后来改用并行接法解决了这个问题。
而由于EWB软件的局限性，有信号冲突是它一样可以运行，而实际却不可以，因此在报警电路部分不成功。
最后改用Proteus软件才将其设计成功。
电路设计好之后需要经过调试确认电路可行性后，方可焊接电路。
根据Proteus软件对电路仿真后得出的结论是没有问题的，在一般情况下接线后不会有问题，但是前提是焊接时接线不能接错。
在焊接过程中，注意边焊边检查调试，一边出现错误时能够及时发现并纠正。
焊接时，一开始我将电源线和接地线焊在背面，焊好调试时发现整个电路都不计数，检查时发现秒信号输入正常，而用万用表检查计数器清零端时发现四片芯片的清零端都与接地端短接了，但检查了好久都没发现短接的地方在哪里，最终，我的解决方法是将板背面的电源线和接地线都拆了，在正面接线。
解决了这个问题之后，发现芯片是可以计数了，但有些芯片计数不正常，秒计数器个位计数时是1、3、5、7、9的计，分计数器个位本应该是十进制的，但它计数时计到三就清零了。
检查了好几遍都没发现问题出在哪里，又与电路图对照了几遍还是没发现问题。
后来请教了其他同学之后说可能是芯片有问题，他那里就是这种情况。
果不其然，换了芯片之后自己的电路板终于可以正常工作了，计数，随时暂停和继续，清零功能，半场和终场停止计数这些功能也都可以正常实现，发光二极管在半场和终场停止时也都正常发光。
整体电路系统满足课程设计设计要求。
5．设计、安装及调试中的体会
经过将近一个月的设计与思考，终于完成了课程设计的全部实验。
期间遇到了许多问题，但最后都一一得到解决。
在这次实验中总体设计在整个设计过程中非常重要，应该花较多的时间在上面。
设计时，要整体考虑，不可看一步，做一步。
在整体设计都正确后，再寻求简化的方法。
这次我用的就是这种方法，一开始整体设计完成后，我用到将近4块逻辑门芯片，后来经过化简后只用了两块。
电路连线时，尽可能使电路连线有序，这样既利于自己修改，也利于与别人交流，同时焊接时也比较轻松。
如果电路乱的连自己都看不懂，那还如何改进和扩展。
通过这次实验，我发现很多难点的突破都来自于与同学的合作交流，多和别人交流能使自己获得更多信息，开拓了思路。
因此无论是现在还是以后多别人的交流总是会有所收获的。
在这次实验中我也知道了自己动手能力还不是很强。
因此，在以后的学习中注意提高自己的动手能力是我今后努力的方向。
此外，在焊接电路的时候应该先要布好局，这样焊接的时候才不会太乱，这点我觉得我在这次实验中做的还可以，因为我的板整体布线还是比较整齐的。
再者，学会如何利用万用表去检查电路中存在的问题并且可以知道该如何去解决这些问题。
其实，难的是找出电路中的问题，只要找出了问题，解决一般不会有什么大问题。
所以，学会检查电路中问题的方法还是重中之重。
这次实验也让自己复习了自己的数电知识，认识到了自己在哪些方面的不足。
通过这次实验我发现整个实验都是在理论的指导下完成了，所以，在以后的学习中要注意学好理论基础，学好专业知识，做到学以致用。
6．对本次课程设计的意见及建议
这次实验中我也发现一些存在的问题和一些不好的现象，为此，我提出以下建议：
1、同学们在做完实验后一般直接就走了，不清理桌面，把实验室弄得乱乱的，并且有些同学焊接完在测试后直接把芯片带走了，让后面的同学都找不到芯片，而且有同学反映实验室提供的芯片有些少，实验箱不够。
所以我建议，以后安排班干值班，统一管理实验元件，督促同学们实验后整理好桌面，保持实验室的清洁。
2、大部分同学遇到问题而又彼此解决不了时，找不到人指导，一开始也不知道助教在哪里。
所以，建议以后助教可以的话经常到实验室走走，指导一下。
3、实验中发现不少芯片都是有问题的，建议以后条件允许的话，在实验室放一台芯片测试仪，以便同学们能快速方便地检查芯片，不至于在实验箱上连半天，影响实验进程。
七．附录
1、元器件清单：
元件名称
数量
74LS160
4
74LS00
1
74LS08
1
74LS48
4
七段共阴极数码管
4
发光二极管
1
单刀双掷开关
3
导线
若干
300Ω电阻
29（一个接二极管，其余接数码管）
排针
若干
2、整机逻辑电路图：
8．关于FPGA
这次我有幸被老师选为做FPGA的同学之一。
刚开始听到FPGA这个软件时，我以为会很复杂，很难弄懂。
而通过入门视频的学习我发现目前我们用的只是FPGA原理图设计的方式进行设计，一般没什么难度，唯一需要注意的就是芯片的选择以及引脚的分配。
在这次FPGA的开发设计中，通过教学视频的学习，我已经初步掌握了用FPGA原理图设计方式进行设计的方法。
FPGA原理图设计方式与我们用EWB或者protues仿真差不多，都是通过用芯片或者逻辑门将整个原理图连接好，然后在下载到FPGA板上就可以显示原理图所要点亮的二极管、LED灯或者其他内容。
而FPGA与EWB或者protues仿真软件的不同之处在于FPGA需要给某些输入或输出分配引脚，FPGA中的灯和开关、二极管等都用分配的引脚表示。
所以，一般情况下，只要原理图和引脚分配正确整个电路就没什么大问题。
这次的FPGA原理图设计方式的学习中，我是跟着学习视频一步步做的，在做的过程中也没出现什么大问题，只是在连线的时候有时会把总线和一般的线搞乱，导致编译不成功，但在和学习视频对照后也能发现问题。
可能是由于USBBlaster驱动安装问题或者其他什么原因，开始的时候画好的原理图下载不到FPGA板上。
这次用FPGA设计的实验，不仅仅让我初步学习熟悉了FPGA这个软件，也让我对这次课程设计有了更深的印象，期间出现的问题、发现的自身的不足之处都将成为我之后学习的垫脚石。
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