電子課程設(shè)計(jì)論文

1、60秒比賽倒計(jì)時(shí) *學(xué)院機(jī)電學(xué)院電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：比賽倒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)班級(jí)： 姓名： 時(shí) 間： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2013 年 12 月 20 日比賽倒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)任務(wù)書1設(shè)計(jì)目的與要求設(shè)計(jì)一個(gè)倒計(jì)時(shí)牌。準(zhǔn)確地理解有關(guān)要求，獨(dú)立完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要求所設(shè)計(jì)的電路具有以下功能：（1）設(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)牌，能直接顯示時(shí)間；（2）能同時(shí)實(shí)現(xiàn)60秒計(jì)時(shí)，9秒暫停倒計(jì)時(shí)；（3）60秒計(jì)時(shí)結(jié)束有聲音提示，9秒計(jì)時(shí)結(jié)束有燈光提示。2設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）畫出電路原理圖；（2）元器件及參數(shù)選擇；（3）電路仿真；（4）搭接所設(shè)計(jì)的電路完成設(shè)計(jì)功能。3編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有總結(jié)體會(huì)。4

2、答辯在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成敘述并回答問(wèn)題。目 錄1引言32 總體設(shè)計(jì)方案32.1 設(shè)計(jì)思路42.2 總體設(shè)計(jì)框圖43 設(shè)計(jì)原理分析53.1 單元模塊選擇53.1.1 秒脈沖發(fā)生器23.1.2 60秒到計(jì)數(shù)器33.1.3 譯碼顯示43.1.4 報(bào)警電路54 總結(jié)與體會(huì)5參考文獻(xiàn)5附錄16附錄28比賽倒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)【摘要】電子課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是將理論知識(shí)和實(shí)踐能力相統(tǒng)一的一個(gè)環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的一個(gè)環(huán)節(jié)。在許多領(lǐng)域中，計(jì)時(shí)器都得到了普遍應(yīng)用，比如在體育比賽中的計(jì)時(shí)器、安全措施中的定時(shí)報(bào)警器、游戲中的倒計(jì)時(shí)、維持秩序的交通信號(hào)燈、紅綠燈、交通信號(hào)控制機(jī)、鬧鐘等等.可見計(jì)時(shí)

3、器在現(xiàn)代社會(huì)中是很重要的。在設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器時(shí)，采用了模塊化的思想，使得設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、快捷。本設(shè)計(jì)完成了中途計(jì)時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)了在許多特定場(chǎng)合進(jìn)行時(shí)間追蹤，在社會(huì)生活中會(huì)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值?！娟P(guān)鍵字】脈沖發(fā)生器 多諧振蕩器 控制 倒計(jì)時(shí) 譯碼顯示 蜂鳴器報(bào)警 數(shù)碼管 仿真電路1引言 隨著社會(huì)文明的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的電子技術(shù)在各個(gè)近代學(xué)科門類和技術(shù)領(lǐng)域占有不可或缺的核心地位。在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展進(jìn)程中，數(shù)字電子技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)研究各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。而計(jì)時(shí)器恰恰是數(shù)字電子技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，計(jì)時(shí)器是一個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件，它不僅可以用來(lái)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，還常用來(lái)做數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、

4、分頻，執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算，以及其他特定的邏輯功能等等。計(jì)時(shí)器的種類很多。按構(gòu)成計(jì)時(shí)器的各觸發(fā)器是否使用同一個(gè)時(shí)鐘脈沖源來(lái)分，可以分為同步計(jì)時(shí)器和異步計(jì)時(shí)器。根據(jù)計(jì)時(shí)制的不同，可以分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和任意進(jìn)制計(jì)時(shí)器。根據(jù)計(jì)時(shí)器的增減趨勢(shì)，又可以分為加法、減法和可逆計(jì)時(shí)器。還有可預(yù)置數(shù)和可編程序功能計(jì)時(shí)器等等。目前，無(wú)論是TTL還是CMOS集成電路，多有品種較齊全的中規(guī)模集成計(jì)時(shí)器，使用者只要借助于期間手冊(cè)提供的功能表和工作波形圖及管腳圖排列，就能正確地使用這些器件。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)借助于Multisim 10仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識(shí)，并在Multisim 10下設(shè)計(jì)和進(jìn)行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果

5、。2 總體設(shè)計(jì)方案比賽記時(shí)系統(tǒng)的主要功能包括：進(jìn)攻方60秒倒計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)結(jié)束警報(bào)提示。攻方60秒倒計(jì)時(shí)，當(dāng)比賽準(zhǔn)備開始時(shí)，屏幕上顯示59秒字樣，當(dāng)比賽開始后，倒計(jì)時(shí)從59逐秒倒數(shù)到00。這一模塊主要是利用單向計(jì)數(shù)器74LS93來(lái)實(shí)現(xiàn)；警報(bào)提示：當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)到零時(shí)，給出提示音。這部分電路主要通過(guò)一些門電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì)主要能完成：顯示60秒倒計(jì)時(shí)功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時(shí)，數(shù)碼管顯示器滅燈；計(jì)時(shí)器為60秒遞減計(jì)時(shí)其計(jì)時(shí)間隔為1秒；計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時(shí)發(fā)出蜂鳴器報(bào)警信號(hào)等。2.1設(shè)計(jì)思路本課程設(shè)計(jì)是脈沖數(shù)字電路的簡(jiǎn)單應(yīng)用，設(shè)計(jì)

6、了比賽60秒計(jì)時(shí)器。此計(jì)時(shí)器功能齊全，可以啟動(dòng)、暫停和連續(xù)以及具有光聲報(bào)警功能，同時(shí)應(yīng)用了七段數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間。此計(jì)時(shí)器有了啟動(dòng)、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)計(jì)時(shí)功能，當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，會(huì)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)完成的中途計(jì)時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)了在許多的特定場(chǎng)合進(jìn)行時(shí)間追蹤的功能，在社會(huì)生活中也具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。在許多領(lǐng)域中計(jì)時(shí)器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時(shí)報(bào)警器、游戲中的倒時(shí)器，交通信號(hào)燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機(jī)、還可以用來(lái)做為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時(shí)間提醒用藥等等，由此可見計(jì)時(shí)器在現(xiàn)代社會(huì)是何其重要的。此計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下4個(gè)組成，即計(jì)數(shù)模塊、控制

7、模塊、延時(shí)模塊以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計(jì)此計(jì)時(shí)器時(shí)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)起來(lái)更加簡(jiǎn)單、方便、快捷。此電路是以時(shí)鐘產(chǎn)生，分頻觸發(fā)，倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，譯碼顯示為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造主體電路和輔助電路兩個(gè)部分。2.2 總體設(shè)計(jì)框圖秒脈沖發(fā)生器60秒倒計(jì)數(shù)器譯碼顯示控制電路報(bào)警電路外部操作開關(guān)圖1總體設(shè)計(jì)框圖60秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如圖1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助時(shí)序控制電路（簡(jiǎn)稱控制電路）等五個(gè)模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成24秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接置數(shù)、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅

8、燈、定時(shí)時(shí)間到報(bào)警等功能。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計(jì)對(duì)此信號(hào)要求并不太高，故電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成一個(gè)輸出為1HZ的脈沖發(fā)生器即可。同時(shí)利用74LS93進(jìn)行計(jì)數(shù)功能。譯碼顯示電路由4511和共陰極七段LED顯示器組成。報(bào)警電路在實(shí)驗(yàn)中可用發(fā)光二極管與蜂鳴器實(shí)現(xiàn)。 3設(shè)計(jì)原理分析3.1單元模塊與仿真3.1.1秒脈沖發(fā)生器為了給計(jì)數(shù)器74LS93提供一個(gè)時(shí)序脈沖信號(hào),使其進(jìn)行加計(jì)數(shù),本設(shè)計(jì)采用555構(gòu)成的多諧振蕩電路(即脈沖產(chǎn)生電路),其基本電路如圖2-6示.其中555管腳圖如下圖2-5示.由555工作特性和其輸出周期計(jì)算公式可

9、知,其產(chǎn)生的脈沖周期為: T=0.7(R3+2R4)C 。 因此,我們可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)通過(guò)計(jì)算確定了R1取2k歐姆,R2取2k歐姆R10取10k歐姆,電容取C為220uF、10nF,.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖,且其輸出周期為1秒. 如圖圖，由NE555構(gòu)成的多諧振振蕩器，接通電源后，電容C被充電，VC上升，當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，此時(shí)V0為低電平，電容C通過(guò)R2和T放電，使VC下降，當(dāng)下降至1/3 VCC時(shí)，觸發(fā)器又被置位，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)， VCC將通過(guò)R1和R2向電容器充電，VC由1/3VCC上升到2/3VCC。當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)

10、生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為：f=1.43/(R4+2R3)C。在這里我們選擇R10=10K，Cf=10Uf,即可輸出10HZ，達(dá)到要求。 圖2秒脈沖發(fā)生器3.1.2 60秒倒計(jì)數(shù)器60秒倒計(jì)時(shí)電路。這部分電路的主體部分在時(shí)鐘脈沖的輸入情況下工作，下面進(jìn)行具體分析。計(jì)數(shù)器的倒計(jì)時(shí)功能。用兩片74LS93分別做個(gè)位（低位）和十位（高位）的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開始時(shí)的“60”倒計(jì)到“00”然后停止.這一部分實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制倒計(jì)時(shí)，是次此設(shè)計(jì)的核心。兩個(gè)74LS93芯片實(shí)現(xiàn)60加計(jì)數(shù)器，當(dāng)在給U7一個(gè)脈沖時(shí)，74LS93開始計(jì)數(shù)，U7從0到 9循環(huán)，直到10

11、時(shí)U7會(huì)向U4的1端進(jìn)一個(gè)10位的脈沖，U4開始計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)5進(jìn)制記數(shù)，因此U7 U4完成了60進(jìn)制正計(jì)數(shù)器，74LS93將60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器送到下一級(jí)74LS00與74LS20,00與20實(shí)現(xiàn)的是由60進(jìn)制正記數(shù)到60進(jìn)制倒記數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。圖3 60秒倒計(jì)時(shí)3.1.3 譯碼顯示CD4511 是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有 BCD 轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的 CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng) LED 顯示器。 CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，其中 a b c d為 BCD 碼輸入，

12、a 為最低位。LT 為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI 為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1 端應(yīng)加高電平。另外 CD4511 有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù) 9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE 是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag 是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰 LED 數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a 段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d 段消隱，所以顯示 6、9 這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀 圖 3 是 CD4511 和 CD4518 配合而成一位計(jì)數(shù)顯

13、示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的， 在應(yīng)用中應(yīng)接地。 圖4 CD4511應(yīng)用圖5 數(shù)碼管顯示器3.1.4 報(bào)警電路倒數(shù)計(jì)數(shù)器到零時(shí)，需要將電路轉(zhuǎn)換到“60”并且停住。現(xiàn)在選取計(jì)數(shù)器到零的狀態(tài)60秒計(jì)到“00”，從各引腳引出線接到二腳與非門，當(dāng)計(jì)數(shù)器從“00”狀態(tài)轉(zhuǎn)換到“99”時(shí)，用與非門把該狀態(tài)轉(zhuǎn)換成低電平（其余時(shí)間為高電平）控制。使電路轉(zhuǎn)換到“60”。由于數(shù)字99是在很短的時(shí)間才能看到，用肉眼是看不到的，于是能實(shí)現(xiàn)從“00” 到“60”的轉(zhuǎn)換。再通過(guò)與非門所組成的觸發(fā)

14、器的輸出端輸出低電平，使74LS93處于保持狀態(tài)。這樣就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換并停止的電路。圖6 發(fā)光二極管報(bào)警電路警報(bào)提示就是完成任一計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)給出連續(xù)的提示音。當(dāng)電路由“59” 到“00”時(shí)，下面一個(gè)與非門輸出低電平，而鳴蜂器已經(jīng)接了高電平，故這時(shí)由于兩端存在電壓差，所以鳴蜂器能正常工作。從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 圖7 蜂鳴器報(bào)警電路4總結(jié)與體會(huì)在此次課程設(shè)計(jì)中，我們將課本理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。按照書本上的知識(shí)和老師講授的方法，首先和同學(xué)一起分析研究此次電路設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，然后按照分析的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際連接操作，檢測(cè)和校正，再進(jìn)一步完善電路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，還有出現(xiàn)的一些未知問(wèn)

15、題，我們都認(rèn)真分析討論，然后對(duì)討論出的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)校正，對(duì)一些疑難問(wèn)題我們也認(rèn)真向老師詢問(wèn)請(qǐng)教，和老師一起探討解決。通過(guò)此次電路設(shè)計(jì)，我們加深了對(duì)課本知識(shí)的認(rèn)識(shí)理解，對(duì)電路設(shè)計(jì)方法和實(shí)際電路連接也有了一定的初步認(rèn)識(shí)1在本次課程設(shè)計(jì)中，我對(duì)74LS93、4511、NE555等芯片加深了了解，和鞏固了對(duì)它們的使用，對(duì)于數(shù)字、模擬電路的綜合運(yùn)用有了更深一步理解，為以后的電路分析和設(shè)計(jì)奠定了一定的基礎(chǔ)。2. 提高實(shí)踐動(dòng)手能力。大學(xué)中許多的時(shí)間都是在學(xué)習(xí)理論知識(shí)，很少參與時(shí)間中去，課程設(shè)計(jì)給我們提供了一個(gè)寶貴的機(jī)會(huì)，理論用語(yǔ)實(shí)踐，從設(shè)計(jì)，仿真，安裝調(diào)試，沒一步的進(jìn)行，都會(huì)帶來(lái)受益非淺的實(shí)際操作訓(xùn)練，

16、許多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是我們?cè)谡n本上學(xué)不到的，必須經(jīng)過(guò)這樣嚴(yán)格的自己動(dòng)手，才會(huì)從中體會(huì)出設(shè)計(jì)成果的喜悅。理論知識(shí)總是要用于實(shí)踐中才得以升華，我們應(yīng)該更多的參與實(shí)踐，以增強(qiáng)我們對(duì)電子專業(yè)的興趣。同時(shí)，從開發(fā)設(shè)計(jì)一些小規(guī)模產(chǎn)品去體會(huì)學(xué)習(xí)開發(fā)設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路，為以后的工作打下基礎(chǔ)。3.另外，我對(duì)焊接技術(shù)有了新的見解，我的焊接技術(shù)有了新的提高 。4.課程設(shè)計(jì)促進(jìn)了我系人才培養(yǎng)計(jì)劃的完善和課程設(shè)置的調(diào)整。近年來(lái)，我系為適應(yīng)學(xué)生的實(shí)踐需要陸續(xù)增設(shè)與調(diào)整了一系列課程，受到同學(xué)的歡迎，其中這次的設(shè)計(jì)很受同學(xué)們的喜歡。課程設(shè)計(jì)達(dá)到了專業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)之后，我們普遍感到不僅實(shí)際動(dòng)手能力有所提高，更重要的是通過(guò)對(duì)電路板制作流程的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我們對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣，并能夠結(jié)合實(shí)際存在的問(wèn)題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。總之這次課程設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了，如何與同學(xué)交流和與同學(xué)的心得東西的互換。 5元件清單NE5553個(gè)普通二極管6個(gè)74LS932個(gè)導(dǎo)線4根74LS006個(gè)面包板1塊74LS203個(gè)開關(guān)1個(gè)可調(diào)電阻62K