課程設計報告-籃球30秒倒數(shù)計時器

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　（2011 /2012學年第二學期）</p><p>　　課程名稱： 電子技術課程設計 </p><p>　　題 目： 籃球30秒倒數(shù)計時器 </p><p>　　專業(yè)班級：

2、 自動化3班 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　設計周數(shù)：

3、 </p><p>　　課設成績： </p><p><b>　　2012年7月5日</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、課程設計摘要-------------

4、-------------------------------</p><p><b>　　二、課程設計正文</b></p><p>　　1、課程設計任務與要求</p><p>　　2、方案設計（系統(tǒng)控制電路框圖及說明）</p><p><b>　　3、元器件詳細介紹</b></p>

5、<p>　　4、系統(tǒng)原理圖、印制板圖及其說明 </p><p>　　5、安裝、調(diào)試及性能測試與分析</p><p>　　6、課程設計總結及心得 </p><p><b>　　三、課程設計總結 </b></p><p>　　四、附錄（PCB圖）</p><p><b>　　五、參

6、考文獻</b></p><p><b>　　一、課程設計摘要</b></p><p>　　通過電子技術課程設計的綜合訓練，培養(yǎng)獨立思考、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)工程實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合設計能力。根據(jù)所學模擬電子技術、數(shù)字系統(tǒng)與邏輯設計的理論，對模擬電子線路、數(shù)字電子線路以及模擬與數(shù)字綜合電子線路進行設計、安裝與調(diào)試。</p><

7、;p>　　定時電路是數(shù)字系統(tǒng)中的基本單元電路，它主要由計數(shù)器和振蕩器組成。定時電路主要利用分立元件，中規(guī)模集成器件555定時器。用555定時器實現(xiàn)的定時電路主要應用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器原理，實現(xiàn)定時器的功能。在實際工作中，定時器的應用場合很多，例如，籃球比賽規(guī)則中，隊員持球時間不能超過30秒，就是定時電路的一種具體應用。</p><p>　　籃球競賽30秒定時器電路主要利用555定時器產(chǎn)生時鐘脈沖，觸發(fā)計數(shù)器進行從

8、30至00倒計數(shù)，并將計數(shù)結果通過譯碼電路和數(shù)碼管顯示，當計數(shù)器減至00時，報警電路進行報警。</p><p><b>　　二、課程設計正文</b></p><p>　　1、課程設計任務與要求 30秒計時功能，兩位數(shù)字顯示，計時間隔為1秒。完成硬件制作實現(xiàn)30秒減計數(shù)，每次減計時結束后，蜂鳴器報警提示，數(shù)碼管顯示00；電路需設置外部開關，可使定時器直接復位，并具有啟

9、動計時、暫停/連續(xù)計時功能。 </p><p>　　2、方案設計（系統(tǒng)控制電路框圖及說明）</p><p><b>　　設計原理框圖： </b></p><p>　　30秒定時器電路的原理框圖</p><p&

10、gt;　　由圖2.1可知，30秒定時電路主要由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助控制電路五部分組成。其中，秒脈沖發(fā)生器和計數(shù)器是系統(tǒng)的主要組成部分。</p><p>　　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準，是整個定時電路的動力基礎，采用555集成電路組成的多諧振蕩器構成。</p><p>　　計數(shù)器完成30秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、

11、暫停/連續(xù)計數(shù)功能，譯碼顯示電路完成計時顯示功能、報警電路完成定時時間到報警功能。</p><p>　　本設計的秒脈沖發(fā)生器采用555集成電路，計數(shù)器采用兩片74LS192芯片組成30進制遞減計數(shù)器，譯碼顯示電路用CD4511進行譯碼和共陰極七段數(shù)碼管顯示器組成，報警電路在設計中用發(fā)光二極管和蜂鳴器組成。</p><p><b>　　3、元器件介紹</b></p

12、><p><b>　　元器件詳單</b></p><p>　　4、系統(tǒng)原理圖、印制板圖及其說明</p><p><b>　　一、單元電路分析</b></p><p>　　根據(jù)設計思路和原理框圖，對各個單元電路進行分析，逐次設計出各個單元電路。</p><p><b>　

13、　1、秒脈沖發(fā)生器</b></p><p>　?。?）555定時器電路的基本原理</p><p>　　555定時器內(nèi)部結構圖如圖所示。</p><p>　　555定時器內(nèi)部結構圖</p><p>　　由圖可以看出，555內(nèi)部結構包括兩個電壓比較器C1和C2，一個基本RS觸發(fā)器和一個集電極開路的放電三極管TD三部分構成。</p

14、><p>　　VI1是比較器C1的反相輸入端，也稱閾值端，用TH表示。VI2是比較器C2的同相輸入端，也稱觸發(fā)端，用TR表示。VR1和VR2是C1和C2的基準電壓，VCO是控制電壓輸入端，當VCO懸空時，VR1=2/3VCC，VR2= 1/3VCC。若VCO接固定電壓時，VR1=VCO， VR2=1/2VCO 。/RD是清零端，當/RD=0時，VO=0；當/RD=1時，電路處于工作狀態(tài)。</p><

15、;p>　　555定時器的邏輯功能主要取決于比較器C1、C2的工作狀態(tài)，分析如下，在無外加控制電壓VCO的情況下：</p><p>　　1、當VI1>VR1，VI2>VR2時，比較器輸出VCl=0，VC2=1，觸發(fā)器置0，使得定時器輸出VO=0，同時TD導通。</p><p>　　2、當VI1<VR1，VI2<VR2時，比較器輸出VC1=1，VC2=0，觸發(fā)器置

16、1，使得定時器輸出VO=1，同時TD截止。</p><p>　　3、當VI1<VR1；VI2>VR2時，比較器輸出VCl=1，VC2=1，觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變。</p><p>　　555集成定時器功能真值表</p><p>　?。?）秒脈沖發(fā)生器電路設計</p><p>　　圖中OUT引腳為輸出端，即由555產(chǎn)生的1HZ脈沖又此

17、輸出至CD4511輸入端。</p><p>　　接通電源后，電容C被充電，當VC上升到2VCC／3時，使V0為低電平，同時放電三極管T導通，此時電容C通過R23和T放電，VC下降。當VC下降到VCC／3時，V0翻轉為高電平。電容器C放電所需的時間為</p><p>　　t= R23Cln2≈0.7 R23C</p><p>　　當放電結束時，T截止，VCC將通過R1

18、1、R23向電容C充電，由VCC／3上升到2VCC／3所需的時間為</p><p>　　t=( R11+ R23) Cln2≈0.7 (R11+R23)C</p><p>　　當VC上升到2VCC／3時，電路又翻轉為低電平。如此周而復始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。</p><p>　　由上可得計算公式為：T=0.7 (R11+2R23)C，根據(jù)計

19、算得，R11=47K，R23=51K，C=10μF。</p><p><b>　　2、計數(shù)器電路</b></p><p>　　計數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進行設計，74LS192是十進制可編程同步加/減計數(shù)器，它采用8421碼二一十進制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加/減計數(shù)功能。74LS192的真值表如表所示。</p><p>　　7

20、4LS192真值表</p><p>　　74LS192引腳圖如下：</p><p>　　◆ CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。</p><p>　　◆ LD為預置輸入控制端，異步預置。</p><p>　　◆ CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。</p><p>　　◆ CO為進位輸出：1001狀

21、態(tài)后負脈沖輸出，</p><p>　　◆ BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。</p><p>　　74LS192功能表如下：</p><p>　?。?）74LS192的工作原理</p><p>　　當/LD= 1，CR=0時，若時鐘脈沖加入到CPu端，且CPd=l則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上完成加計數(shù)功能，當加計數(shù)到9時，/CO端發(fā)出進位

22、下跳變脈沖；若時鐘脈沖加入到端CPd，且CPu=1，則計數(shù)器在預置數(shù)基礎上完成減計數(shù)功能，當計數(shù)減到0時，/BO端發(fā)出借位跳變脈沖。由74LS192構成的三十進制遞減計數(shù)器如圖所示。</p><p><b>　　三十進制遞減計數(shù)器</b></p><p>　　圖中CPU、CPD分別是加計數(shù)、減計數(shù)的時鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。/LD是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）

23、。/CO、/BO分別是進位、借位輸出端（低電平有效）。CR是異步清零端，D3~D0是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q3~Q0是輸出端。74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。</p><p>　?。?）計數(shù)器單元電路</p><p>　　74LS192的計數(shù)原理是：只有當借位/BO1端發(fā)出借位脈沖時，高位計數(shù)器才作減計數(shù)。當高、低位計數(shù)器處于全零，且CPd為0時，置數(shù)/LD2端等于0，計數(shù)器完成并

24、行置數(shù)，在CPd端的輸入時鐘脈沖作用下，計數(shù)器再次進入下一循環(huán)減計數(shù)。計數(shù)器單元電路如圖所示。</p><p><b>　　計數(shù)器單元電路</b></p><p>　　該電路圖上的兩個74192的QA、QB、QC、QD端分別接譯碼器4511的ABCD端作為譯碼輸入，計數(shù)器預置數(shù)為30，但計數(shù)器減為00時，高位的計數(shù)器/BO端輸出報警信號報警電路報警。</p>

25、;<p><b>　　3、譯碼顯示電路 </b></p><p>　　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。可直接驅(qū)動LED顯示器。</p><p>　　CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動

26、器，引腳排列如圖 2 所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，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端應加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數(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)。a～g是 7 段

27、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，在應用中應接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300Ω的限流電阻。&

28、lt;/p><p>　　CD4511引腳圖如下：</p><p><b>　　其功能介紹如下： </b></p><p>　　BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。</p><p>　　LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1

29、，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 </p><p>　　LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。</p><p>　　A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 </p><p>　　a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出

30、為高電平1有效。</p><p>　　CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級，通常用以驅(qū)動LED。其引腳圖如3-2所示。 </p><p>　　各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示   a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還

31、有兩個引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。</p><p><b>　　4511管腳排列圖</b></p><p>　　CD 4511的真值表</p><p><b>　　4、數(shù)碼管</b></p><p><b>　　共陰數(shù)碼管內(nèi)部結構</b></p>&l

32、t;p>　　常見數(shù)碼管的內(nèi)部結構大體分為兩類，一是共陰極，二是共陽極。共陰就是將數(shù)碼管內(nèi)部LED的陰極接到一起并接低電平，如圖5.4所示。</p><p>　　共陰極數(shù)碼管內(nèi)部結構</p><p><b>　　5、清零／工作電路</b></p><p>　　清零/工作電路如圖所示。</p><p><b>

33、;　　清零/工作電路</b></p><p>　　清零/工作電路由單刀雙擲開關與電阻組成。當開關打到清零端，即接高電平時，輸出高電平至74192的CLR端，計數(shù)器清零；當開關打到工作端，即接地，輸出低電平至74192的CLR端，清零端無效，計數(shù)器處在工作狀態(tài)。</p><p><b>　　6、暫停／工作電路</b></p><p>

34、　　暫停/工作輔助電路是由兩個與門組成，當開關打到暫停端，觸發(fā)器輸出0，與555定時器輸出的時鐘脈沖一起通過與門，使得555定時器輸出脈沖不能通過與非門，輸出為低電平至74LS192的CPD端，令計數(shù)器停止工作；當開關打到工作端，觸發(fā)器輸出為1，與/BO端輸出的高電平和555定時器輸出的時鐘脈沖一起通過與非門，使得555定時器輸出脈沖通過與非門，將脈沖送74LS192的CPD端，觸發(fā)計數(shù)器工作。</p><p>

35、<b>　　7、報警電路</b></p><p>　　報警電路用二極管設計。報警電路如圖所示。</p><p><b>　　報警單元電路</b></p><p>　　D1接/BO端，R14接電源，當計數(shù)器74192倒計數(shù)減為0時，/BO輸出低電平，發(fā)光二級管導通，發(fā)光報警。</p><p><

36、b>　　二、總電路圖</b></p><p>　　將以上各單元電路組合, 得籃球競賽30秒定時器電路如圖所示。</p><p>　　由555組成的秒脈沖發(fā)生器發(fā)出頻率為1HZ脈沖，該脈沖經(jīng)由與門送至由兩片74LS192組成的30進制減法計數(shù)器，計數(shù)器的計數(shù)結果送至由兩個CD4511組成的譯碼器，譯碼結果送至七段共陰極數(shù)碼管并有其顯示。計數(shù)器遞減至00時，發(fā)出報警信號，LE

37、D點亮，蜂鳴器報警。按下開關鍵“S1”則暫停。開關“S2”預置清零。 三、制作過程</p><p><b>　?。?）制板</b></p><p><b>　　a 裁板</b></p><p><b>　　b 轉印</b></p><p>　　c 腐蝕：采用過硫酸鈉與水配制成

38、的1：3的溶液，把板子放溶液里浸泡半小時左右，用清水沖洗。</p><p><b>　　d打眼</b></p><p>　　e用去污粉把板表面覆蓋物擦掉，由于板面的銅線在空氣中放置易氧化變黑，刷一層松香水起保護作用，然后晾干</p><p><b>　　(2)安裝與焊接</b></p><p>　　

39、a 安裝時注意電容與電阻要保持橫平豎直的原則；疏密的布局；先安裝不重要的元件</p><p>　　b 安裝電阻時可采用臥裝，適用于小功率，并且抗震</p><p>　　c 安裝時注意各個器件的管腳，正負極插正確</p><p>　　d 焊接中的烙鐵采用內(nèi)熱式</p><p>　　e 修理工具：烙鐵頭易被氧化，氧化層用砂紙磨掉，擦完隔熱層后打光

40、。當烙鐵加熱到剛開始變紫時，鍍錫，然后蘸松香水，保護烙鐵頭不被氧化。</p><p>　　f 烙鐵頭成坡面增大焊接面積</p><p>　　5、安裝、調(diào)試及性能測試與分析</p><p>　　一般分靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩大內(nèi)容，圍繞設計要求中的各項指標進行</p><p>　　（一）主要的儀器和儀表</p><p>　　

41、測試使用的主要儀器和儀表是萬用表。</p><p><b>　　（二）調(diào)試</b></p><p>　　1、先進行單元電路調(diào)試。</p><p>　?。?）先用肉眼觀察各焊點是否焊好，有無虛焊、斷線的地方。</p><p>　　（2）靜態(tài)測試主要是利用萬用表測試各元器件間的正負極是否正確，各條線路是否導通。</p&

42、gt;<p>　?。?）動態(tài)測試時給電路給電檢查線路，測試各器件是否正常工作，如用手背測試元器件溫度。</p><p>　?。?）接入電源，使電路開始工作，檢查是否正常工作，看其是否能按設計方案工作。</p><p>　?。?）檢查清除電路是否有效。</p><p><b>　　2、進行整體調(diào)試</b></p>&l

43、t;p>　　接入電源，檢查電路是否正常工作，檢查數(shù)碼顯示器是否正常顯示預置及是否進行減計數(shù)。有不正常之處要一一改正。到此整個倒計時系統(tǒng)電路已完成設計和實驗模擬實現(xiàn)起功能之目的。</p><p>　　調(diào)試中出現(xiàn)的故障，原因及排除方法</p><p>　　有的電阻焊接為虛焊，原因是檢查發(fā)生漏洞，排除方法：繼續(xù)焊接。還可能產(chǎn)生元件正負極接反得情況，排除方法：把元件拆下重新焊接。</p

44、><p>　　三、課程設計總結及心得</p><p>　　過這兩個星期的學習，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。 </p><p>　　這次的課程設計也讓我看到了團隊的力量，我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。。剛開始的時候，大家就分配好了各自的

45、任務。例如我們是做籃球倒數(shù)計時器的，首先我們把整個電路分成了四部分，大家各自分工每個人負責一個模塊的了解研究，接著大家一起討論、查閱資料、搭建各個模塊的電路圖。在這次課程設計中我了解到一個人的力量事渺小的，沒有大家的共同努力事根本不可能畫出圖的，而且在課程設計中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協(xié)作是我們成功的一項非常重要的保證。而這次設計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常

46、寶貴的。 </p><p>　　在這個過程中，我也曾經(jīng)因為實踐經(jīng)驗的缺乏失落過，也曾經(jīng)PCB圖的成功而高興。生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。通過這次課程設計，我想說：為完成這次課程設計我們確實很辛苦，但苦中仍有樂，和團隊人員這十幾天的一起工作的日子，讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里一年的相處還趕不上這十來天的實習，我感覺我和同學們之間的距離更加近了。</p>

47、<p>　　這次實踐對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！</p><p>　　最后，衷心的感謝幫助過我們的指導老師，謝謝他們對我們熱情細致的解答說明，也要謝謝同學們的幫助，沒有他們根本不

48、可能有今天的成果！</p><p>　　四、附錄（PCB圖）</p><p><b>　　五、參考文獻</b></p><p>　　1．康華光.電子技術基礎.高等教育出版社.2002.</p><p>　　2．宋春榮.通用集成電路速查手冊.山東科學技術出版社.1995.</p><p>　　3．趙

49、保經(jīng).中國集成電路大全.國防工業(yè)出版社.1985.</p><p>　　4．趙淑范.電子技術實驗與課程設計.清華大學出版社.2006.</p><p>　　5．楊志忠.電子技術課程設計.機械工業(yè)出版社.2008.</p><p>　　6．謝自美.電子線路設計、實驗、測試.華中理工大學出版社.2003.</p><p>　　7．趙志杰.集成電路