1、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
2、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
3、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Multisim 10.0.1仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim 10
4、.0.1下设计和进行仿真，得到了预期的结果。AbstractElectronic course design of electronic technology is very important in the study of a link, is the theoretical knowledge and practical ability of the unification of a link, is really exercise the students ability of a link.In many fields are the timer used widely, such
5、as in sports, timing alarm, the game down the traffic signal lights, and when the traffic lights, traffic lights, control machine, also can be used to do time remind equipment and so on, thus timer in the modern society is how important.Basketball as a national fitness program already had some histo
6、ry. In China, the very popular basketball, basketball game has become more and more professional. Basketball game is a violation of time to use counter-down, currently most use is 24 seconds is made, but with the reform of the system of basketball will use 30 seconds system. The timer is in the orig
7、inal basis and 24 seconds system instead of 30 seconds. The timer to have digressive timing and alarm function. To meet the need of unauthorized game decisions.In the basketball game, set the ball player shall not exceed 30 seconds, time or its a foul. This course of the design basketball competitio
8、n 30 seconds timer, and can be used in the basketball game, used to ball players 30 seconds limit time. Once the player more than 30 seconds holding time, it automatically alarm and determine the players foul.This design main can finish: display 30 seconds countdown function; External operation swit
9、ch system Settings, control the timer directly reset, start, and pause/continuous function; In the direct reset, digital tube display all show is 0; The timer for 30 seconds, the time interval time diminishing for 1 second; The timer to the zero hour, diminishing time digital monitor doesnt destroy
10、lamp, also issued photoelectric sound alarming signal.The design of the circuit by Multisim 10.0.1 simulation software and digital logic circuit related theory knowledge, and in Multisim 10.0.1 design and simulation under, got the expected results.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
11、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
12、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 2.1 555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
13、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=300，R2=3K，C2=220F，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0.72K之间;对于CMOS门则常在10100M之间。由门电路组成的多谐振荡器的
14、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2.4 74LS192管脚图74LS192具有下述功能：异步清零：MR=1，Q3Q
15、2Q1Q0=0000 。（此功能可实现计数器的清零）异步置数：MR=0， =0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。保持： MR=0， =1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态加计数：CR=0, =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数减计数：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
16、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2.5 30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
17、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。
18、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
19、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
20、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
21、管SEVEN_SEG_COM_K小号2显示译码器4511BD_5V直插式216脚8421BCD码计数器74LS192直插式216脚脉冲电路555直插式18脚非门集成芯片74LS04直插式114脚三输入与非门集成芯片74LS10直插式114脚电容CAPACITOR10nF、160nF2各1个色环电阻RESISTOR10K、7K、68K，50650、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74ls00d74ls00d直插式114蜂鸣器B1zzer直插式11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
