(整理)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)實(shí)例---24秒計(jì)時(shí)器

1、精品文檔1 計(jì)數(shù)器概述1.1 籃球競(jìng)賽24 秒計(jì)時(shí)器功能數(shù)字電子技術(shù)在社會(huì)生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，在生活中有著各種各樣的應(yīng)用。因此課程設(shè)計(jì)是數(shù)字電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它將學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐能力統(tǒng)一起來，為以后的工作做好準(zhǔn)備。在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時(shí)間不能超過24 秒，否則就犯規(guī)了。本課程設(shè)計(jì)的“籃球競(jìng)賽 24秒計(jì)時(shí)器”可用于籃球比賽中，用于對(duì)球員持球時(shí)間 24秒限制。一旦球員的持球時(shí)間超過了24 秒，它就自動(dòng)報(bào)警從而判定此球員的犯規(guī)。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)了籃球競(jìng)賽24 秒計(jì)時(shí)器。此計(jì)時(shí)器功能齊全，有顯示24 秒倒計(jì)時(shí)的功能，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置外部操作開

2、關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)、暫停、連續(xù)功能。而在直接清零時(shí)，數(shù)碼管顯示器滅燈，計(jì)時(shí)器為24秒遞減計(jì)時(shí)其計(jì)時(shí)間間隔為1 秒，計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼管顯示器不滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.2.1 基本要求（ 1）顯示24 秒計(jì)時(shí)功能。（ 2）設(shè)置外部操作開關(guān)控制計(jì)時(shí)器直接清零、啟動(dòng)、暫停/ 連續(xù)功能。（ 3）在直接清零時(shí)，要求數(shù)碼顯示器滅燈。（ 4）計(jì)時(shí)器為24 秒遞減計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)間隔為1 秒。（ 5）遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。（ 6）秒脈沖由555 多諧振蕩器給出。1.2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)（ 1）根據(jù)原理圖分析各單元電路的功能；（

3、2）熟悉電路中所用到的各集成塊的管腳及其功能；（ 3）進(jìn)行電路的裝接、調(diào)試、直到電路能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)要求；（ 4）寫出完整、詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告1.2.3 主要參考器件555晶體定時(shí)器74 LS74雙D觸發(fā)器74LS47譯碼器74192雙時(shí)鐘十進(jìn)制計(jì)數(shù)器2電路設(shè)計(jì)原理與單元模塊2.1 設(shè)計(jì)原理24秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如圖 2.1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)器的直接清零、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燈、定時(shí)時(shí)間到啟動(dòng)報(bào)警等

4、功能。圖2.1 24 秒計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖秒脈沖發(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)，但是設(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其構(gòu)成。譯碼顯示電路由74LS47（譯碼器）和共陰極七段LED顯示器組成。報(bào)警電路在試驗(yàn) 中可用發(fā)光二極管與蜂鳴器代替。2.2 設(shè)計(jì)方案分析設(shè)計(jì)任務(wù)，計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成 24s計(jì)時(shí)功能, 而控制電路具有直接控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和 滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的 時(shí)序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)

5、碼顯示器滅燈。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖時(shí)鐘信號(hào) CP同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，譯 碼顯示電路顯示“ 24”字樣；當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān) 撥在暫停位置上時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)撥在連續(xù)時(shí)， 計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。2.3 各單元電路的設(shè)計(jì)2.3.1 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中計(jì)數(shù)器是由兩片74192的8421BC駟遞減計(jì)數(shù)器構(gòu)成。如圖2.2所示圖2.2 74192雙時(shí)鐘十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74192是十進(jìn)制同步加/減法計(jì)數(shù)器，采用8421BC則編碼，具有直接清零、異步 制數(shù)的功能，且有進(jìn)位OC和借位OB輸出端。當(dāng)需要進(jìn)行多級(jí)擴(kuò)展連接時(shí)，只要將前級(jí)

6、 的0c端接到下一級(jí)的CP端，OB端接到下一級(jí)的CP-端即可。詳見下面的功能表。輸入輸出R LD CP+ CP-D0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q31 XX XX X X X000000 XXI0 I1 I2 I3I0 I1 I2I301T1X X X X加計(jì)數(shù)0111X X X X減計(jì)數(shù)0111X X X X保持表2.3 74192的功能表由功能表可以看出，當(dāng)LD=1, CR=0 CPD=1時(shí)，如果時(shí)鐘脈沖加到CPU,則計(jì) 數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到9 (1001)時(shí)，0c端輸出進(jìn)位下降沿跳變脈沖；當(dāng)石=1, CR=0 CPD=1M,如果有時(shí)鐘脈沖加到 CPD,則計(jì)數(shù)

7、器在預(yù)置數(shù) 的基礎(chǔ)上進(jìn)行減法計(jì)數(shù)器。只有當(dāng)?shù)臀?1端發(fā)出借位脈沖，高位計(jì)數(shù)器才做減計(jì)數(shù)。當(dāng) 高，低位計(jì)數(shù)器全為零時(shí)，且 CPD為0時(shí)，置數(shù)端2,計(jì)數(shù)器完成并行置數(shù)，在 CPW 的輸入時(shí)鐘脈沖作用下，計(jì)數(shù)器進(jìn)入下一輪循環(huán)減計(jì)數(shù)。2.3.2 數(shù)碼顯示譯碼器的設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，我使用 74LS48譯碼器來驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼顯示管， 74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器， 常用在各種數(shù)字電路和系統(tǒng)的顯示 系統(tǒng)中，下面我就給大家介紹一下這個(gè)元件的一些參數(shù)與應(yīng)用技術(shù)等資料。74LS47的引腳圖和功能表分別如圖2.4和表2.5所示。圖2.4 741s47弓I腳圖Al -A2-LT -

8、bi/rbo _RBI-ASAO 一 GND 一輸入輸出字 形數(shù)字LTRBIA3 A2 A1 A0BI/RBOabcdefg0110 0 0 010000001011X0 0 0 110011111121X0 0 1010010010231X0 0 1110000110341X0 10 011001100451X0 10 110100100561X0 11010100000671X0 11110001111781X10 0 010000000891X10 0 1100001009消隱XXXXX X00000000脈沖消隱100 0 0 0000000008燈測(cè)試0XXXX X11111111表

9、2.5 74LS47 的功能表七段譯碼顯示原理圖如圖2.4(a)所示，圖2.4(b)給出了七段顯示筆畫與015共16個(gè)數(shù)字的對(duì)應(yīng)關(guān)系七段顯示器BI/RBO LTl As Az Ai AoRBI(a)圖2.6 七段數(shù)碼顯示管的引腳圖2.3.3 秒脈沖的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本電路需要產(chǎn)生間隔為一秒的時(shí)間脈沖，完成正確的計(jì)數(shù)功能。所 以選擇555定時(shí)器來設(shè)計(jì)此模塊。從而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖。1 .器件特性555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰涂梢詷?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器及自激多諧振蕩器等脈沖信號(hào)產(chǎn)生與變換電路。 它在波

10、形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、 定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應(yīng)用。集成555定時(shí)器有雙極性型和CMO掣兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號(hào)的最后三 位數(shù)都是555, CMO型產(chǎn)品型號(hào)的最后四位數(shù)都是 7555.它們的邏輯功能和外部引線排 列完全相同。器件電源電壓推薦為 4. 512V,最大輸出電流200mAW內(nèi)，并能與TTL、 CMO邏輯電平相兼容。引腳功能：Vi1 （TH）:高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為 TH。Vi2 （TR）:低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為 TR 0VCO控制電壓端。VO輸出端。Dis :放電端。Rd :復(fù)位端。555定時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三

11、個(gè)阻值相同的電阻 R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生/ VCCF口為 VCC 兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比較器C1、C2; 一個(gè)由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低 電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3Rd是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后，基本RS觸發(fā)器的Q端為1 （高電平），經(jīng)反 相緩沖器后，輸出為0 （低電平）。分析圖2.2.3.1的電路：在555定時(shí)器的VCC端和地之間加上電壓，并讓VCOB;空， 則比較器C1的同相輸入端接參考電壓23 VCC比較器C2反相輸入端接參考電壓入VCC , 為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：當(dāng)TH端的電壓為VCC寸，寫為VTH=1當(dāng)TH端的電壓% VCC寸，寫為VTH=0當(dāng)

12、TR端的電壓,/ vccM,寫為vtr=i當(dāng)TR端的電壓/ vccm,寫為vtr=o低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓 Vi2%VCC且Vi1 13VCC 且 Vi123VCC則VTH=1比較器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電 平，基本RS觸發(fā)器因R=0,使Q=1,經(jīng)輸出反相緩沖器后，YO 0; T導(dǎo)通。這時(shí)稱 555定時(shí)器“高觸發(fā)”。VCO；控制電壓端，在VCO!加入電壓，可改變兩比較器 C1、C2的參考電壓。正常 工作時(shí)，要在VCCffi地之間接0. 01 pF (電容量標(biāo)記為103)電容。放電管Tl的輸出 端Dis為集電極開路輸出。根據(jù)555定時(shí)器的控制功能，可以制成各種不同的脈沖信號(hào) 產(chǎn)生與處理電

13、路電路，例如，史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器等。在此 次設(shè)計(jì)中，采用多諧振蕩器來設(shè)計(jì)。2 .自激多諧振蕩器圖2.7所示為自激多諧振蕩器電路和波形圖。自激多諧振蕩器用于產(chǎn)生連續(xù)的脈沖 信號(hào)。電路采用電阻、電容組成 RC4時(shí)電路，用于設(shè)定脈沖的周期和寬度。調(diào)節(jié)RVW電容C,可得到不同的時(shí)間常數(shù)；還可產(chǎn)生周期和脈寬可變的方波輸出。脈沖寬度計(jì)算公式：Tw1=0.7 (R1 +R2) C Tw2=0.7R2 C振蕩周期計(jì)算公式：T=0.7 (R1 +2R2) C =1s分析方法與單穩(wěn)態(tài)電路相似，但電容器 C勺充電電阻是R1+R2 ,放電電阻是R2。當(dāng) VO低電平時(shí)，555定時(shí)器低觸發(fā)，VM高

14、電平，放電管T截止，電容器經(jīng)(R1+R2)充 電，當(dāng)充電至VC=VTH VCCf,電路高觸發(fā)，輸出V吸為低電平，放電管T導(dǎo)通，電容 器經(jīng)R縱電，當(dāng)放電至VC=VTR VCCf,電路又進(jìn)入低觸發(fā)，VO為高電平，如此周而 復(fù)始，循環(huán)不止，輸出連續(xù)脈沖信號(hào)。2.3.4 時(shí)序控制電路完成計(jì)數(shù)器的復(fù)位、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)、聲光報(bào)警等功能?？刂齐娐?由IC5組成。IC5B受計(jì)數(shù)器的控制。IC5C、IC5D組成RS觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的復(fù)位、 計(jì)數(shù)和保持“ 24”、以及聲、光報(bào)警的功能。操作“清零”開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。閉合 “啟動(dòng)”開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器完成置數(shù)，顯示器顯示 24斷開“啟動(dòng)”開關(guān)，計(jì)數(shù)器開始進(jìn)行

15、 遞計(jì)數(shù)。電路圖中，當(dāng)開關(guān)S1合上時(shí)，=0,74LS192a行置數(shù)；當(dāng)S1斷開時(shí)，=1 , 74LS192 處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài)。開關(guān)S2是時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP勺控制電路。當(dāng)定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，74LS192 的借位輸出信號(hào)2=1 ,則CPJ號(hào)受“暫停/連續(xù)”開關(guān)S2的控制，當(dāng)S班于“暫?！蔽?置時(shí)，門G3俞出為0,門G興閉，封鎖CP信號(hào)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)；當(dāng)S班于連續(xù)位置時(shí)， 門G3俞出1,門G2丁開，放行CPJ號(hào)，計(jì)數(shù)器在CP乍用下，繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間 到時(shí)，2=0,門6狀閉，封鎖CP言號(hào)，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變。(1) K1:啟動(dòng)按鈕。K1按下后處于斷開位置時(shí)，計(jì)數(shù)器從“24”遞減計(jì)數(shù)到“ 00”

16、 同時(shí)控制電路發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，計(jì)數(shù)器保持“00”狀態(tài)不變，處于等待狀態(tài)。當(dāng)K1 再次閉合時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。(2) K2:手動(dòng)復(fù)位按鈕。當(dāng)按下K2時(shí)，不管計(jì)數(shù)器工作于什么狀態(tài)，計(jì)數(shù)器立即復(fù) 位到預(yù)置數(shù)值,即“ 00”。(3) K3 :消隱按鈕。按下K3寸計(jì)數(shù)器斷電并消除所有計(jì)數(shù)。(4) K4:暫停按鈕。當(dāng)“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于“暫?！睍r(shí)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，顯 示器保持不變，當(dāng)此開關(guān)處于“連續(xù)”開關(guān)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)?？刂齐娐烽_關(guān)如圖 所示：停上，繼紂清零消隱圖2.8控制電路開關(guān)圖3數(shù)字電路的仿真與調(diào)試3.1 Protues 仿真首先在Protues中選好元器件，然后連好線，檢查線路是否存在

17、錯(cuò)誤，如無，則進(jìn) 入了調(diào)試的正式階段，啟動(dòng)調(diào)試，觀察系統(tǒng)運(yùn)行的狀況是否良好，然后觀察現(xiàn)系統(tǒng)的效 果是否達(dá)到預(yù)期的要求，如無，則停止仿真，分析電路中存在的缺陷與錯(cuò)誤，改正后再 次啟動(dòng)調(diào)試，然后再次觀察仿真效果是否達(dá)到預(yù)期的效果，如此循環(huán)下去，直到得到滿 意的仿真效果。到此調(diào)試仿真過程結(jié)束。以下是本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仿真結(jié)果圖：U9口 L E E a a ci a%?TKS4T3E83 醒S5SSU16T1ffl g- 口 68 - lT8旭 RIU 友 ER圖3.1 系統(tǒng)仿真結(jié)果圖結(jié)束語(yǔ)此次電子線路課程設(shè)計(jì)讓我獲益匪淺，使我嘗到了將所學(xué)的知識(shí)用于實(shí)踐的喜悅和 成就感。此課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)制作的籃球競(jìng)賽 24

18、秒計(jì)時(shí)器是一個(gè)實(shí)用性設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)的成 不僅為所學(xué)的專業(yè)課程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高了我們對(duì)分析與解決問題的能力，也在 研究與電子愛好追求上做了一個(gè)很好的起步。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了學(xué)習(xí)理論時(shí)學(xué)不到的東西，不但鍛煉我的動(dòng)手能力而且鞏固我們所學(xué)的理論知識(shí)，這樣實(shí)踐與理論相結(jié)合就可以更快而有效地掌握知識(shí)。本次的設(shè)計(jì)使我從中學(xué)到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到我以后的工作中去。在大學(xué)的課堂的學(xué)習(xí)只是在給我們灌輸專業(yè)知識(shí)，而我們應(yīng)把所學(xué)的用到我們現(xiàn)實(shí)的生活中去，此次的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)給我奠定了一個(gè)實(shí)踐基礎(chǔ)，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己，使自己適應(yīng)于以后的競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)在查找資料的過程中我也學(xué)到了許多新的知識(shí)，在和同學(xué)協(xié)作過程中增進(jìn)同學(xué)間的友誼，使我對(duì)團(tuán)隊(duì)精神的積極性和重要性有了更加充分的理解。最后，感謝老師對(duì)我的細(xì)心的指導(dǎo)，正是由于老師的細(xì)心的輔導(dǎo)和他提供給我們的參考