電子課程設(shè)計論文

1、60秒比賽倒計時 *學(xué)院機電學(xué)院電子課程設(shè)計報告題目：比賽倒計時器設(shè)計任務(wù)書專業(yè)班級： 姓名： 時 間： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2013 年 12 月 20 日比賽倒計時器設(shè)計任務(wù)書1設(shè)計目的與要求設(shè)計一個倒計時牌。準(zhǔn)確地理解有關(guān)要求，獨立完成系統(tǒng)設(shè)計，要求所設(shè)計的電路具有以下功能：（1）設(shè)計的倒計時牌，能直接顯示時間；（2）能同時實現(xiàn)60秒計時，9秒暫停倒計時；（3）60秒計時結(jié)束有聲音提示，9秒計時結(jié)束有燈光提示。2設(shè)計內(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)計的電路完成設(shè)計功能。3編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有總結(jié)體會。4

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

3、器在現(xiàn)代社會中是很重要的。在設(shè)計計時器時，采用了模塊化的思想，使得設(shè)計簡單、快捷。本設(shè)計完成了中途計時功能，實現(xiàn)了在許多特定場合進行時間追蹤，在社會生活中會具有廣泛的應(yīng)用價值?！娟P(guān)鍵字】脈沖發(fā)生器 多諧振蕩器 控制 倒計時 譯碼顯示 蜂鳴器報警 數(shù)碼管 仿真電路1引言 隨著社會文明的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進的電子技術(shù)在各個近代學(xué)科門類和技術(shù)領(lǐng)域占有不可或缺的核心地位。在我國現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展進程中，數(shù)字電子技術(shù)在國民經(jīng)濟和科學(xué)研究各個領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。而計時器恰恰是數(shù)字電子技術(shù)的一個重要組成部分，計時器是一個用來實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件，它不僅可以用來計脈沖個數(shù)，還常用來做數(shù)字系統(tǒng)的定時、

4、分頻，執(zhí)行數(shù)字運算，以及其他特定的邏輯功能等等。計時器的種類很多。按構(gòu)成計時器的各觸發(fā)器是否使用同一個時鐘脈沖源來分，可以分為同步計時器和異步計時器。根據(jù)計時制的不同，可以分為二進制、十進制和任意進制計時器。根據(jù)計時器的增減趨勢，又可以分為加法、減法和可逆計時器。還有可預(yù)置數(shù)和可編程序功能計時器等等。目前，無論是TTL還是CMOS集成電路，多有品種較齊全的中規(guī)模集成計時器，使用者只要借助于期間手冊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。整個電路的設(shè)計借助于Multisim 10仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識，并在Multisim 10下設(shè)計和進行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果

5、。2 總體設(shè)計方案比賽記時系統(tǒng)的主要功能包括：進攻方60秒倒計時和計時結(jié)束警報提示。攻方60秒倒計時，當(dāng)比賽準(zhǔn)備開始時，屏幕上顯示59秒字樣，當(dāng)比賽開始后，倒計時從59逐秒倒數(shù)到00。這一模塊主要是利用單向計數(shù)器74LS93來實現(xiàn)；警報提示：當(dāng)計數(shù)器計時到零時，給出提示音。這部分電路主要通過一些門電路來實現(xiàn)。 本設(shè)計主要能完成：顯示60秒倒計時功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的啟動和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時，數(shù)碼管顯示器滅燈；計時器為60秒遞減計時其計時間隔為1秒；計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時發(fā)出蜂鳴器報警信號等。2.1設(shè)計思路本課程設(shè)計是脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用，設(shè)計

6、了比賽60秒計時器。此計時器功能齊全，可以啟動、暫停和連續(xù)以及具有光聲報警功能，同時應(yīng)用了七段數(shù)碼管來顯示時間。此計時器有了啟動、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實現(xiàn)斷點計時功能，當(dāng)計時器遞減到零時，會發(fā)出光電報警信號。本設(shè)計完成的中途計時功能，實現(xiàn)了在許多的特定場合進行時間追蹤的功能，在社會生活中也具有廣泛的應(yīng)用價值。在許多領(lǐng)域中計時器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機、還可以用來做為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會是何其重要的。此計時器的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下4個組成，即計數(shù)模塊、控制

7、模塊、延時模塊以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計此計時器時，采用模塊化的設(shè)計思想，使設(shè)計起來更加簡單、方便、快捷。此電路是以時鐘產(chǎn)生，分頻觸發(fā)，倒計時計數(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部分。2.2 總體設(shè)計框圖秒脈沖發(fā)生器60秒倒計數(shù)器譯碼顯示控制電路報警電路外部操作開關(guān)圖1總體設(shè)計框圖60秒計時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、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路（簡稱控制電路）等五個模塊組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計數(shù)器完成24秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接置數(shù)、啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅

8、燈、定時時間到報警等功能。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計對此信號要求并不太高，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)成一個輸出為1HZ的脈沖發(fā)生器即可。同時利用74LS93進行計數(shù)功能。譯碼顯示電路由4511和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在實驗中可用發(fā)光二極管與蜂鳴器實現(xiàn)。 3設(shè)計原理分析3.1單元模塊與仿真3.1.1秒脈沖發(fā)生器為了給計數(shù)器74LS93提供一個時序脈沖信號,使其進行加計數(shù),本設(shè)計采用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,我們可以計算出各個參數(shù)通過計算確定了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，觸發(fā)器被復(fù)位，此時V0為低電平，電容C通過R2和T放電，使VC下降，當(dāng)下降至1/3 VCC時，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， VCC將通過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，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，達到要求。 圖2秒脈沖發(fā)生器3.1.2 60秒倒計數(shù)器60秒倒計時電路。這部分電路的主體部分在時鐘脈沖的輸入情況下工作，下面進行具體分析。計數(shù)器的倒計時功能。用兩片74LS93分別做個位（低位）和十位（高位）的倒計時計數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開始時的“60”倒計到“00”然后停止.這一部分實現(xiàn)60進制倒計時，是次此設(shè)計的核心。兩個74LS93芯片實現(xiàn)60加計數(shù)器，當(dāng)在給U7一個脈沖時，74LS93開始計數(shù)，U7從0到 9循環(huán)，直到10

11、時U7會向U4的1端進一個10位的脈沖，U4開始計數(shù)，實現(xiàn)5進制記數(shù)，因此U7 U4完成了60進制正計數(shù)器，74LS93將60進制的計數(shù)器送到下一級74LS00與74LS20,00與20實現(xiàn)的是由60進制正記數(shù)到60進制倒記數(shù)，從而實現(xiàn)倒計時。圖3 60秒倒計時3.1.3 譯碼顯示CD4511 是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點：具有 BCD 轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的 CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動 LED 顯示器。 CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，其中 a b c d為 BCD 碼輸入，

12、a 為最低位。LT 為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI 為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1 端應(yīng)加高電平。另外 CD4511 有拒絕偽碼的特點，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù) 9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE 是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。ag 是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰 LED 數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時，a 段消隱；顯示數(shù)“9”時，d 段消隱，所以顯示 6、9 這兩個數(shù)時，字形不太美觀 圖 3 是 CD4511 和 CD4518 配合而成一位計數(shù)顯

13、示電路，若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 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 報警電路倒數(shù)計數(shù)器到零時，需要將電路轉(zhuǎn)換到“60”并且停住?，F(xiàn)在選取計數(shù)器到零的狀態(tài)60秒計到“00”，從各引腳引出線接到二腳與非門，當(dāng)計數(shù)器從“00”狀態(tài)轉(zhuǎn)換到“99”時，用與非門把該狀態(tài)轉(zhuǎn)換成低電平（其余時間為高電平）控制。使電路轉(zhuǎn)換到“60”。由于數(shù)字99是在很短的時間才能看到，用肉眼是看不到的，于是能實現(xiàn)從“00” 到“60”的轉(zhuǎn)換。再通過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)。這樣就實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換并停止的電路。圖6 發(fā)光二極管報警電路警報提示就是完成任一計時器計時結(jié)束時，系統(tǒng)給出連續(xù)的提示音。當(dāng)電路由“59” 到“00”時，下面一個與非門輸出低電平，而鳴蜂器已經(jīng)接了高電平，故這時由于兩端存在電壓差，所以鳴蜂器能正常工作。從而發(fā)出報警信號。 圖7 蜂鳴器報警電路4總結(jié)與體會在此次課程設(shè)計中，我們將課本理論知識與實際應(yīng)用聯(lián)系起來。按照書本上的知識和老師講授的方法，首先和同學(xué)一起分析研究此次電路設(shè)計任務(wù)和要求，然后按照分析的結(jié)果進行實際連接操作，檢測和校正，再進一步完善電路。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

15、題，我們都認(rèn)真分析討論，然后對討論出的結(jié)果進行實際檢測校正，對一些疑難問題我們也認(rèn)真向老師詢問請教，和老師一起探討解決。通過此次電路設(shè)計，我們加深了對課本知識的認(rèn)識理解，對電路設(shè)計方法和實際電路連接也有了一定的初步認(rèn)識1在本次課程設(shè)計中，我對74LS93、4511、NE555等芯片加深了了解，和鞏固了對它們的使用，對于數(shù)字、模擬電路的綜合運用有了更深一步理解，為以后的電路分析和設(shè)計奠定了一定的基礎(chǔ)。2. 提高實踐動手能力。大學(xué)中許多的時間都是在學(xué)習(xí)理論知識，很少參與時間中去，課程設(shè)計給我們提供了一個寶貴的機會，理論用語實踐，從設(shè)計，仿真，安裝調(diào)試，沒一步的進行，都會帶來受益非淺的實際操作訓(xùn)練，

16、許多的實踐經(jīng)驗是我們在課本上學(xué)不到的，必須經(jīng)過這樣嚴(yán)格的自己動手，才會從中體會出設(shè)計成果的喜悅。理論知識總是要用于實踐中才得以升華，我們應(yīng)該更多的參與實踐，以增強我們對電子專業(yè)的興趣。同時，從開發(fā)設(shè)計一些小規(guī)模產(chǎn)品去體會學(xué)習(xí)開發(fā)設(shè)計電子產(chǎn)品的設(shè)計思路，為以后的工作打下基礎(chǔ)。3.另外，我對焊接技術(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)計促進了我系人才培養(yǎng)計劃的完善和課程設(shè)置的調(diào)整。近年來，我系為適應(yīng)學(xué)生的實踐需要陸續(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)計很受同學(xué)們的喜歡。課程設(shè)計達到了專業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在兩個星期的課程設(shè)計之后，我們普遍感到不僅實際動手能力有所提高，更重要的是通過對電路板制作流程的了解，進一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣，并能夠結(jié)合實際存在的問題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進行更深入的學(xué)習(xí)?？傊@次課程設(shè)計學(xué)會了，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個普通二極管6個74LS932個導(dǎo)線4根74LS006個面包板1塊74LS203個開關(guān)1個可調(diào)電阻62K