1、计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计1课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题目: 30 秒计时器计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计2电路设计摘要 .1Abstract21 系统原理框图 22 方案设计与论证 22.1 秒脉冲发生电路 .42.2 控制电路 .52.3 计数电 路 .72.4 译码及显示单元电路 .82.5 报警电路 .错误！未定义书签。3 单元电路的设计 113.1 秒脉冲产生电 路的设计 .113.2 计数电路的设计 .113.3 控制电路的设计. 133.4 译码 及驱动显示电路设计 .123.5 报警电路163.6 电路总图 1
2、44 仿真结果及分析 154.1 时钟结果仿真 错误！未定义书签。4.2 秒钟个位时序图 错误！未定义书签。4.3 报时电路时序图 .错误！未定义书签。4.4 测试结果分析 .错误！未定义书签。5 心得与体会 错误！未定义书签。6 参考文献 17计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计1摘 要计时器在人类生活中有着非常重要而广泛的应用，古时候人们就开始用沙漏和水漏做定时工具，随着科技和社会的发展，人们开始用全新的方法来改造计时器以达到准确计时的目的。篮球竞赛计时器就是一种典型的计时器的应用。在篮球比赛中规定球友持球的时间不能超过 30 秒，否则就是犯规。本课程设计的“篮球竞赛 30 秒计时
3、器” ，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间进行 30 秒限制，一旦球员持球的时间超过了 30 秒，它将自动报警从而判定刺球员的犯规。本文设计用的是实现以中小规模集成电路设计计时器的方法，它是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。它是由时钟脉冲产生电路、计数电路、译码驱动及显示电路、报时电路及电源电路组成。时钟脉冲采用 555 定时器构成多谐振荡电路产生， 。 。 。 。通过 EDA 软件 Multisim10 绘制了电子电路仿真原理图，并进行仿真，同时用万能板焊接制作了硬件实现电路。计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计2AbstractClock ，as we all
4、 know，is widly and importantly used in human life.in ancient,our ancestorbegan to use sandglass and hourglass as timework,but,with the fast development of science and sociaty,people start using all new method to change out clock and make it more exacat.Basketball game is a particular field to use cl
5、ock.there is a rule in basketball game that player cant hold the ball exceed 30 seconds,otherwise it is a foul.”the 30 seconds clock in basketball game”designed in my course design can used in badketball game,to limited players hold the ball in 30seconds.ones players hold ball over 30 seconds it wil
6、l give an alarm by itself to judge the player is foul.What the paper use is the design to realize medium scale with integrated circuit design method, it is a kind of typical digital circuits, including the portfolio logic circuit and the sequential circuits.It is constitute by the clock pulse circui
7、ts, counting circuit, decode drive and display circuit, chime circuit and power circuit component. Clock pulse 555 timing constitute by multiple resonance swing circuit produce,. we draws electronic circuit simulation principle chart and simulation through Multisim10 EDA software, at the same time w
8、e use the universal plate welding to made hardware realization circuit.1 系统原理框图图 1 系统原理框图秒脉冲发生器 计时器 译码显示电路控制电路 报警电路外部操作开关一 1 秒脉冲发生器： 秒脉冲信号发生器需要产生一定精度和幅度的矩形波信号。实现这样矩形波的方法很多，可以由非门和石英振荡器构成，可由单稳态电路构成，可以由施密特触发器构成，也可以由 555 点哭构成等。计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计3不同的电路队矩形波频率的精度要求不同，由此可以选用不同电路结构的脉冲信号发生器。本实验中由于脉冲信号作为计数
9、器的计时脉冲，其精度直接影响计数器的精度，因此要求脉冲信号有比较高的精度。一般情况下，要做出一个精度比较高的 频率很低的振荡器有一定的难度 工程上解决这一问题的办法就是先做一个频率比较高的矩形波震荡器，然后将其输出信号通过计数器进行多级分项，就可以得到频率比较低 精度比较高的脉冲信号发生器，其精度取决于振荡器的精度和分级项数。230 秒减法计数器： 30 秒减法计数器采用 74LS192 设计，74LS192 是十进制同步加法|减法计数器，采用 8421BCD 码编码，具有直接清零 异步置数功能。74LS192 的逻辑功能表如下：CPU CPD LD CR 操作 0 0 置数 1 1 0 加计
10、数1 1 0 减计数 1 清零3.控制电路 按照系统的要求，电路应该完成以下 4 个功能；1）当操作直接清零按键时，要求计数器清零。2）当启动按键闭合时，控制电路应封锁时钟信号 CP（秒脉冲信号） ，同时计数器完成置数功能，显示器显示 30 秒字样。当启动按键释放时，计数器开始减法计数。3）当暂停连续开关处于暂停状态时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示器显示原来的数，而且保持不变，当暂停连续开关处于连续状态时，计数器正常计数，另外，外部操作开关都应该采取消抖措施，以防止机械抖动造成电路工作不稳定。4）当计数器递减到零时，控制电路输出报警信号，计数器保持状态不变。计算机与通信工程系电子
11、电路设计及应用课程设计42 方案设计与论证2.1 时间脉冲产生电路方案一：由集成电路定时器 555 与 RC 组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。图 2 555 与 RC 组成的多谐振荡器图计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计5方案二:由 14 位二进制串行计数器/分频器和振荡器 CD4060、BCD 同步加法计数器CD4518 构成的秒信号发生器。图 3 石英晶体振荡器图电路中利用 CD4060 组成两部分电路。一部分是 14 级分频器，其最高分频数为 16384；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为 32768Hz 的振荡器。震荡器输出经 14 级分频后在输出
12、端 Q14 上得到 1/2 秒脉冲并送入由 1/2 CD4518 构成的二分频器，分频后在输出断 Q1 上得到秒基准脉冲。方案选择:本课程设计中对秒脉冲信号的精度要求并不是很高，并且方案二中用 CD4060 和分频器构成的基准秒脉冲发生电路较于前者要复杂的多，而且 CD4060 和 CD4518 我们平常很少用，对其功能和引脚信息了解不多，所以，我们选用了方案一，用 555 定时器构成电路中的脉冲信号发生器。计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计62.2 控制电路(1) 暂停/连续控制电路电路中通过外部操作开关控制脉冲信号的连续与暂停来实现整个电路的连续与暂停功能。通过开关控制高低电平的
13、接入，进而控制秒脉冲是否接入计数器，从而达到暂停和连续的功能。原理图如下所示。(2) 置数/启动控制电路利用单刀双掷开关一端接地一端接电源，控制给计数电路的复位清零引脚接入高低电平计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计72.3 计数电路在数字系统中使用的最多的时序电路要算是计数器了。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。计数器的种类非常多。如果按计数器中的触发器是否同时翻转分类，可以将计数器分为同步式和异步式两种。在同步计数器中，当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同时发生的。而在异步计数器中，触发器的翻转由先有后，不是同时发生的。在设
14、计中我们选择的是同步加/减计数器 74LS192。它是双时钟同步可逆计数器，是 8421BCD 码计数，其详细引脚图及功能表如下：图 3.3.1 74LS192 引脚图计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计8表 3.3.1 74LS192 功能表输入 输出CRLD CPU CPD D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q01 X X X X X X X O 0 0 00 0 X X d c b a d c b a0 1 1 1 X X X X 保持0 1 1 X X X X 加计数0 1 1 X X X X 减计数表中 CR 是清零端，LD 是置数端，CP U 是加计数时钟输入端，
15、CPD 是减计数时钟输入端，D3D2D1D0DO 都是计数器预置数输入端， Q3Q2Q1Q0 都是数据输出端，另外，C0 是非同步进位输出端，BO 是非同步借位端输出端。2.4 译码驱动及显示单元电路BCD 码七段译码驱动器型号有 74LS47（共阳）74LS48 （共阴） 、CD4511（共阴）等，本设计采用的是 74LS48。其中 A-D 为 BCD 码输入端;a-g 为译码输出端，输出 “1”有效，用来驱动 LED 共阴数码管；LT为测试输入端，LT=0 时，译码输出全为 “1”；BI为消隐输入端，BI=0，译码输出端全为“0” ；LE 为锁定端，LE=1 时译码器处于锁定状态，译码输出
16、端保持在 LE=0 时的数值，LE=0 为正常译码。74LS48 内有上拉电阻，故只需要在输出端与数码管管脚端之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过 1001 时，输出全为“0” ，数码管熄灭。计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计974LS48 引脚图计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计103.5 报警电路设计中要求电路在计数为 0 时实现光电报警的功能。设计方案中发光二极管实现了这一功能。电路图如下图。当高位计数器的数值减到 0 时，向前借位借口BO 又高电平变为低电平，有点路可知这是 LED 二极管亮，达到光电报警的作用。计算机与通信工程系电子电路设计
17、及应用课程设计113 单元电路的设计3.1 时间脉冲产生电路的设计产生 1Hz 时间脉冲的电路图由于 R1=600,R6=100 ,C1=10Uf,C2=10nF ，因为 T=(R1+2R2)C2 ，算得 T=1.008 s 3.2 计数电路的设计30 秒篮球计时器，只需要进行单一的递减计算，所以在设计中我选择的是同步加/减计数器 74LS192。它是双时钟同步可逆计数器，是 8421BCD 码计数。设计中通过两片 74LS192 的级联来实现一个 30 进制的计数器。当低位片从 0 跳到 9 时，高位片进位加一，直到实现三十秒的计数功能。再者，因为要求中提到要求电路要实现倒数计时，所以计算机
18、与通信工程系电子电路设计及应用课程设计1274LS192 的加计数器信号输入当应该加上无用性号（高电平） 。计数电路的核心是置数部分。本设计中的 30 秒只需将两计数器的输入端分别置为 0011 和 0000 即可，采用同步置数的方式来实现 30 置数。因为 74LS192 是十进制的计数器，所以当倒计时为 0 时，计数器会跳到 99，因此我们采用 99 置数来解决这个问题，最后让显示器停在 30 秒处。计数电路如下：3.3 控制电路的设计控制电路如上图所示，包括暂停/连续控制电路和置数/ 启动控制电路来实现整个装置的暂停计数和继计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计13续计数，重新置数
19、和启动计数的功能。当 B 开关置于置数位置时，不管 C 置于哪端都不开始计数；当 B 开关置于启动端时，开关 C 至于连续端时开始计数，开关 C 至于暂停端时计数暂停。3.4 译码及驱动显示电路译码电路的功能是将计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用于驱动 LED七段数码管的译码器常用的有 74LS48。74LS48 是 BCD-7 段译码器/ 驱动器，其输出是OC 门输出且低电平有效，专用于驱动 LED 七段共阳极显示数码管。如图 9 所示。若将计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。3.5 报警电路的设计报警电路的设计见上面的 2.5。计算机与通信工程
20、系电子电路设计及应用课程设计143.6 电路总图图 4 电路总图计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计154 调试及测试结果分析4.1 调试在这两周的课程设计中，通过查找资料、比较各种方案、讨论，最终确立了比较简单又比较完善的方案,基本完成了此次课程设计的任务。4.2 结果分析(1)控制电路检查电路控制部分没有问题。(2)显示电路检查电路显示部分没有问题。(3)、计时电路检查计时电路部分没有问题。(4)、555 脉冲发生电路检查脉冲发生电路没有问题。(5)、报警电路检查报警电路光没有问题。计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计16结论此次电子课程设计是理论与实践相结合的最好形式。在
21、设计过程中，通过自主查找数据和其他资料，接触到了很多新鲜的东西。经过这次课程设计，才明白自己要做一个电子产品是多么的不容易。里面的过程要求我们要非常细心。确实是一件不轻松的工作，不仅要有较强的动手能力，还要有灵活应用芯片理论的功底，为此需要阅读大量关于这方面的书籍。在这次课程设计过程中，查阅了不少芯片手册，也阅读了不少有关数字电路设计的资料，这些都是制作电路必须的理论准备，可以为你的设计添砖铺瓦，并减少很多盲目的查找。综合来讲，本次的课程设计从设计带到焊接都是我们我学知识的检验。计算机与通信工程系电子电路设计及应用课程设计176 参考文献1 数字电子技术基础康华光 主编 高等教育出版社 。2 电子线路设计实验测试第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社。3 电子线路综合设计实验教程 刘鸣 主编 天津大
