电子课程设计报告.doc

课程设计报告

课程名称： 电子技术课程设计
设计题目： 篮球比赛倒计时器
专 业： 自动化
班 级： 1班 学号： 20090220125
学生姓名： 石志超
时 间： 2012 年 2 月 20 日～ 2 月26 日

―――――――以下指导教师填写―――――
分项成绩：出勤 成品 答辩及考核
总 成 绩：总分 成绩
指导教师： 苏 士 美

前 言
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
知识与实践能力相结合的重要环节，是真正锻炼学生能力的环节。为
今后进行复杂的综合型电子系统的设计和调试打下基础。
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，交通信号灯等。
本课程设计“篮球比赛倒计时器的设计”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间24秒限制。一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动的报警从而判定此球员的违例。
本设计主要能完成：电路具有24.0秒时间显示功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的置数、启动/连续和暂停功能；计数过程中，无论处于何种状态，当按下置数键时，计数重新开始；计时器为递减计时，其计时间隔为0.1秒；当计时器递减计时到零时，显示器显示0，同时发出CP同步闪烁报警信号等。整个电路的设计借助于Proteus仿真软件以及数字电路相关理论知识，并在Proteus下设计和进行仿真，得到了预期的结果。

目　录
第1章 绪论 …………………………………………………………………………1
1.1课程设计意义 ………………………………………………………………..1
1.2 设计任务及要求………………………………………………………………… 1
12.1 设计任务 ……………………………………………….……………………1
1.2.2 基本要求及目标 ……………………………………………………..…….1
第2章 电路框图及工作原理 ………………………………………………………1
2.1 设计方案 …………………………………………………………………………1
2.2 电路框图 …………………………………………………………………………2
第3章 单元电路的设计 …………………………………………………...………2
3.1 24进制计数器的设计 ………………………………………………….………..2
3.2 数码显示电路的设计 ………………………………………………..………….4
3.3 0.1秒脉冲的设计 ….…………………………………………………..……5
3.4 报警电路的设计 ………………………………………………………..………7
3.5 整机工作原理 ………………………………………………………..………7
第4章 电路仿真 ……………………………………………………………...……..8
心得体会 ……………………………………………………………………….……..10
参考文献 ……………………………………………………………………..……….11

第1章 绪论

1.1 课程设计意义
电子课程设计是学生在修完“数字电子技术基础”、“模拟电子技术基础”和“电子技术基础实验”后开设的设计课程。目的是锻炼学生综合运用电子技术基础知识以及动手的能力，提高学生使用中规模集成芯片以及调试较大型电子系统的能力，同时了解基本逻辑单元电路在实际生活中的应用，为今后进行复杂的综合型电子系统的设计和调试打下基础。
通过课程设计，使学生加强对数字及模拟电子技术的理解，学会查阅资料、方案比较、方案选择以及原理图设计、计算、制作、调试等基本技能，增强分析、解决实际问题的能力。
1.2 设计任务及要求
1.2.1 设计任务
1．电路具有24.0秒时间显示功能；
2．系统设置外部操作开关，控制计时器的置数、启动/连续和暂停功能；
3．计数过程中，无论处于何种状态，当按下置数键时，计数重新开始。
4．计时器为递减计时，其计时间隔为0.1秒；
5．当计时器递减计时到零时，显示器显示0，同时发出CP同步闪烁报警信号。
6．该电路可应用于篮球比赛
1.2.2 基本要求及目标
1、根据课题任务进行设计并绘制电路原理图。
2、根据原理图，用相关元器件搭建并测试电路，制作实物。
3、撰写设计报告。
4、设计报告格式要求：
①课题任务的相关参数与指标。
②选择集成电路芯片，列出材料清单。
③绘制EDA电路原理图，分析电路工作原理。
④测试逻辑功能，描述调试方法。
⑤写出心得体会。
5．课程设计报告1份。
6．制作成品1套。

第2章 电路框图及工作原理
2.1 设计方案
  篮球比赛计时系统的主要功能包括：进攻方24.0秒倒计时和计时结束警报提示。攻方24.0秒倒计时，当比赛准备开始时，屏幕上显示24.0秒字样，当比赛开始后，倒计时从24.0倒数到00.0。这一模块主要是利用双向计数器74LS192来实现；报警提示：当计时器到零时给出光电提醒。
此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示、报警为主要功能，在此基础上构造电路。
2.2基本原理
24秒计时器的总体参考方案如框图所示：

它包括秒脉冲发生、递减计数、三位译码驱动显示、报警电路、控制开关和控制电路等模块组成。计数部分完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的置数、启动、暂停/连续等功能。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。译码显示电路由74LS48和共阴极八段数码管组成。报警电路在实验中用发光二极管代替。
主体电路：24.0秒倒计时开始后，24秒置数，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，0.1秒倒计到零。选取“000”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号。
第3章 单元电路的设计
3.0所用元器件
七段译码器74LS48（内有驱动）3片、可逆十进制计数器74LS192 3片、三输入或非门74LS27 1片、、二输入与非门74LS00 3片、共阴极数码管SM120501K 3个、六反相器74LS04 1片、555定时器1片。开关3个，电容10、1微法各1，电阻10K、470欧姆若干，LED1个，实验板，稳压电源，万用表，导线若干。
3.1 24进制计数器的设计
计数器选用集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加法计数器，它采用8421码十进制编码，并具有直接清零、置数、加减计数功能。
图3-1是74LS192引脚排列。图中CU、CD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。
PL是异步并行置数控制端（低电平有效），TCU和TCD是进位、借位输出端（低电平有效），MR是异步清零端，P3-P0是并行数据输入端，Q3-Q0是输出端。

图3-1 74LS192的引脚排列
74LS192的功能表见表3-1所示。
表 3-1 74LS192功能表
输入
输出
MR

CU
CD
P0
P1
P2
P3
Q0
Q1
Q2
Q3
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0

0
0
×
×
a
b
c
d
a
b
c
d
0
1
↑
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
↓
×
×
×
×
减计数

当PL=1，MR=0时，若时钟脉冲加到端CU，且CD =1则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，TCU端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到CD端，且CU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，TCD 端发出借位下跳变脉冲。
由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下图3-2所示。

图3-2 8421BCD二十四递减计数器
其预置数为N=（00100100.0000）= (24)10。在CD端的输入时钟脉冲作用下，开始递减。只有当低位 TCD 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 , 完成一个计数周期，然后手动置数PL=0, 计数器完成置数 ,再次进入下一循环减计数。
3.2 数码显示电路的设计
根据设计的要求采用74LS48译码器来驱动共阴极数码显示管。74LS48芯片是一种常用的七段数码管驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中。74LS48和共阴极七段LED显示器如图3-3连接。这样连接74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需像CC4511外接限流电阻。
图3-3 显示电路
74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线。LT(——)为测试端，低电平有效，当LT(——)=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，a～g输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。RBI(———)为灭零输入端,低电平有效。在LT(——)=1，RBI(———) =0，且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭。但当译码输入不全为0时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。BI\RBI是一个特殊的端口，有时作用于输入，有时作用于输出，在这里不多做介绍。74LS48功能表见表3-2。
输入
输出

字形
数字
LT(——)
RBI(———)
A B C D
BI/RBO
a b c d e f g
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0 0 0 0
1 0 0 0
0 1 0 0
1 1 0 0
0 0 1 0
1 0 1 0
0 1 1 0
1 1 1 0
0 0 0 1
1 0 0 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1 1 1 1 1 0
1 1 0 0 0 0 0
1 1 0 1 1 0 1
1 1 1 1 0 0 1
0 1 1 0 0 1 1
1 0 1 1 0 1 1
1 0 1 1 1 1 1
1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
消隐
脉冲消隐
灯测试
X
1
0
X
0
X
XXXX
0 0 0 0
XXXX
0
0
1
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 1

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表3-2 74LS48的功能表

七短数码管的引脚图如图3-4所示，在使用时要注意是共阳还是共阴，其中3脚和8脚相连为公共端，因为此次设计是使用的共阴极数码管，所以在电路中接地，6脚为小数点引脚，在设计中没要求不需要对其处理。

图3-4 七短数码显示管的引脚图
3.3 0.1秒脉冲的设计
脉冲信号发生部分
脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。电路图如下图所示。

根据设计要求，电路需要产生间隔为0.1秒的时间脉冲，完成正确的计数功能。所以选择NE555定时器来设计此电路。从而产生标准的秒脉冲。
用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供脉冲，如图3-5 所示。
公式：Tw1=0.7 (R2 +R5) C1 Tw2=0.7R2 C1
振荡周期计算公式：T=0.7 (R2 +2R5) C1≈0.1s

图 3-5
3.4 报警电路的设计
根据设计要求，要产生光电报警，我们采用5个或门组成一个选择电路，一个发光二极管产生光亮，一个蜂鸣器发出报警。如图3-6所示

图 3-6
3.5 整机工作原理
电路总图

篮球竞赛24秒计时器主要是由0.1秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路组成。控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。由附录1可见图中有SW1和SW2两个开关，SW1为置数，SW2为暂停。SW1闭合，74LS192被置数，显示电路出现数字24。完成置数后断开SW1，启动计时。若此时秒脉冲电路的SW2为断开，则产生连续秒脉信号输入到计数器，数码管上的数字就会自动减1，闭合SW2，秒脉冲暂停，计数递减暂停，断开SW2又恢复计数递减，这就实现了暂停/连续功能。在计数递减的同时，74LS192的8个输出端也随之产生高低电平变化来控制报警电路5个或门的高低电平的变化。由附录1可见，5个或门的排列必须当74LS192的8个输出全为低电平时，换而言之，就是计数到零时，或门最后一个输出的才是低电平，从而触发发光二极管和蜂鸣器，产生亮光和警报声，达到了光电报警的。
第4章 电路仿真
本次设计采用的是protues软件仿真，仿真结果如下
1.计时预备阶段如图4-1

2.计时阶段如图4-2

4.电路报警如图

计数到零时高位和低位74LS192的八个输出端为低电平，传输到或门组成的选择电路。因为全部为低电平所以或门的最后输出为低电平，于是LED灯、产生光电报警信号。
5.故障分析
安装完后，通电运行，检测出非时钟脉冲信号，检线后发现脉冲部分有一处错线，纠正后电路正常运行，能实现要求功能。
心得体会：
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析|、设计等，也掌握一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套数字电路原理和芯片上的选择。
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
我认识到做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个芯片的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多芯片的功能，并且对于其在数字电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件及芯片印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个课程设计对我们的作用是非常大的。
经过一个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
成品附录图：

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2006
2.朱清慧、张凤蕊主编《Proteus教程》 清华大学出版社 2008
3.21IC中国电子网（）

5．阎石．数字电子技术基础．第四版．北京：高等教育出版社，1998
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