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1、石家庄经济学院信息工程学院电子信息工程与通信工程专业电子技术课程设计报告题目： 篮球竞赛24s计时器 姓 名 学 号 班 级 指导教师 2013年 7 月5 日要求：1指导教师按照课程设计大纲要求完成学生课程设计指导工作。2课程设计任务书由指导教师照大纲要求填写，内容要全面。3课程设计报告由参加本学生填写。课程设计结束时交指导教师。(打印稿一份，电子稿一份)4指导教师要根据每一位学生课程设计任务完成情况，认真审核设计报告，并在课程设计结束时，给出客观、准确的评语和成绩。5课程设计任务书和报告要语言流畅，图表正确规范。6本表要用钢笔、圆柱笔填写或打印，字迹工整。 课程设计任务书班级 姓名 学号
2、课程设计题目 篮球竞赛24s计时器 课程设计起止日期 至 实习地点 课程设计内容与要求一、设计要求用中小规模集成芯片设计并制作篮球竞赛24秒计时器，具体要求如下：1. 具有显示 24s 倒计时功能：用两个数码管显示，其计时间隔为1s。2.设置启动和停止键，控制计时器的直接启动计数、停止计数功能。 3. 暂停/继续键，控制计时器的暂停/继续计数。4. 计时器递减计数到“00”时，发出声光报警信号。（红灯亮、蜂鸣器报警）5. 用仿真软件(EWB或PROTEUS)对电路进行仿真。二、扩展1. 计数状态显示，24S-10S时绿灯亮，09S-01S时黄灯闪烁，00S时报警。2. 外部操作开关采用消抖措施
3、，以防机械抖动造成电路工作不稳定。 指导教师 2013 年 7 月 5 日一、设计原理与技术方法：包括：电路工作原理分析与原理图、元器件选择与参数计算、电路调试方法与结果说明；软件设计说明书与流程图、软件源程序代码、软件调试方法与运行结果说明。1.设计原理秒脉冲发生器计数器译码显示控制电路报警电路 图1 总体框图24秒计时器的总设计方案如图1所示。包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路五个模块组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器要完成24秒计时功能，同时控制电路要完成计时器的直接清零、启动计数、暂停连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。秒脉
4、冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，本电路采用555集成电路产生秒脉冲信号。译码显示电路由CD4511和共阴极七段LED显示器组成。报警电路在实验中用发光二极管和蜂鸣器组成。主体电路：24秒倒计时。24秒计数芯片的置数端、清零端分别用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的开始进行倒数时，逐秒倒计到零。选取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲在与门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。倒计时功能主要是利用74LS192计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换，由于该系统特殊的需要，到计时器到零时，通过停止控制电路使计数器停
5、止计数并发出蜂鸣警报。2主要芯片的功能和用法2.1 CD4511的功能及用法CD4511引脚图及功能CD4511是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的 BCD课程设计报告注：此表可加附页码七段码译码器，特点如下： 具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管
6、是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。 CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。（1） CD4511的引脚 CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED其引脚图如图2所示。各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e
7、、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。 CD4511的工作真值表如表1所示。（2）锁存功能译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。 （3）译码CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数 据B、C进行组合，得出、四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。 （4）消隐BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。 消隐输出J的电平为 J=（C+B）D
8、+BI=（C+B）D+BI如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D据上式，当输入BCD代码从1010-1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的消隐。 表1 CD4511真值表输 入输 出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐011000011111100011000011000001011001111011012011001111110013011000001100114011010110110115011011000111116011011111100007011010011111118011100111100119011
9、10100000000消隐01110110000000消隐01110000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐0111111000000消隐111XXXX锁存锁存 图2 CD4511管脚图2.2 74LS192的功能及用法引脚排列及逻辑符号如下所示：图3 引脚排列 图4 逻辑符号 图中：PL为置数端，CPu为加计数端，CPd为减计数端，TCu为非同步进位输出端，TCd为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，MR为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端，LD为预置输入控制端，异步预置，CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。功能表
10、如表2所示： 表2 74LS192功能表2.3 NE555定时器的功能及用法引脚图介绍如下：1地GND,2触发，3输出，4复位，5控制电压，6门限（阈值），7放电，8电源电压 图5 555定时器管脚图2.4.共阴极数码管数码显示器可显示系统的运行状态及工作数据，所选用的是发光二极管（LED）显示器，它分为两种，共阴极、（BS201/202）与共阳极（BS211/212），我们所选的是共阴极，它是将发光二极管的阴极短接后作为公共极，当驱动信号为高电平时，阴极必须接低电平，才能够发光显示。共阴极数码管的外引脚及内部电路如图6所示。 图6 共阴极数码管的外引脚及内部电路3各部分电路说明3.1秒脉冲发
11、生电路 图7 秒脉冲发生电路 秒脉冲信号发生电路由集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。需要的芯片有集成电路555定时器，还有电阻和电容。图7为其电路图。振荡电路是数字钟的核心部分，它的频率和稳定性直接关系到表的精度。因此选择555定时器构成的多谐振荡器，其中电容C1为47F，C2为0.01F，两个电阻R1=R2=10K。此时在电路的输出端就得到了一个周期的矩形波，其振荡频率为：f=1.43/(R1+2R2)C,由此公式代入R1，R2和C的值得f=1Hz。即其输出频率为1Hz的矩形波信号。3.2倒计时电路 图8 倒计时电路采用两片74LS192分别做十位和各位的计时器，因为预置数为“
12、24”，所以依次将192的A、B、C、D输入端接成低电平、低电平、高电平、低电平和低电平、高电平、低电平、低电平。输出端QA、QB、QC、QD依次分别接CD4511的DA、DB、DC、DD，因为预置的数不是“00”，所以选用置数端LOAD来进行预置数。时钟脉冲分别通过两个与非门和两个非门再输进个位的down端，中间设一开关，当停止控制电路送来停止信号时，截断时钟脉冲，从而实现电路的暂停功能。电路图8如示。3.3报警电路 图9 报警电路报警电路的作用就是在数码管显示为“00”时，蜂鸣器发出连续的报警声同时红灯持续亮。“00”是192的13脚处于低电平的状态，经过非门之后变为高电平，驱动蜂鸣器发生
13、和二极管发光。3.4控制电路 图10 控制电路如图10：开关1为置数端，开关2为置零端，开关4为暂停键。3.5消抖设施为了消除开关闭合与断开时对电路的影响，特别添加了消抖措施进行性能改进。如图11所示： 图11 消抖措施3.6总体电路将各个模块的电路连接起来组成一个总的电路图，如图12所示： 图12 总电路二、课程设计工作记录：包括：设计步骤与时间安排、调试步骤与时间安排、课题完成结果说明1时间安排2013年6月17日至2013年6月20日，得知课程设计题目并查阅相关资料完成电路仿真设计且通过老师验收。2013年6月21日，列出实验器材清单，购买材料，在废弃线路板上练习焊接技术。2013年6月
14、24日至2013年6月28日，完成实验电路的实际焊接，并观察现象，检查并修改电路，最终完成设计要求，并于28日下午通过老师验收。2013年7月1号至2013年7月4号，撰写实验报告，4号交，并于4号当天进行答辩。2.设计步骤及调试（1）观察仿真电路图，在线路板上进行合理有序的器件布局，并与队友商量统一（2）先焊接秒脉冲电路部分，分别用万用表及示波器测试之后发现脉冲几乎无变化，后又仔细检查电路发现是电阻虚焊的问题，解决问题之后再一次测试发现可产生较稳定的脉冲，由此证明脉冲问题，可进行下一步的焊接计划。（3）紧接着焊接倒计时电路部分，依次焊接CD4511与数码管的接线和CD4511与74LS192
15、的接线，焊接完成之后发现数码管的显示有问题，检查之后发现是数码管的管脚接错了，改正之后，显示还是有问题，又把各个导线的焊点焊了一遍，再次测试之后显示终于正常了。(4)接着焊接控制电路部分，焊接完成之后三部分连接起来，观察控制电路是否正常作用，测试之后发现控制电路正常作用，即可将三部分电路连接起来，进行下一步焊接。（5）再次进行报警电路的焊接，并进行测试，第一次没有成功，检查之后发现是导线的问题，排除之后正常工作。（6）进行扩展部分的焊接，先测试指示灯是否正常工作，后验证消抖措施是否正常。（7）一切模块电路确保无问题之后将各个电路连接起来，再次测试，结果发现暂停键不稳定，经多次检查，最终还是没有
16、发现问题所在，成为此次课程设计的遗憾。3.课程结果说明所做电路基本已实现所有设计要求，只是暂停键不稳定，经过多次反复检查仍然没有发现问题所在，致使这个问题永远保留下来。三、心得体会课程设计没开始之前认为它只是一种硬性的任务，但真正开始之后发现并没有想象中的那么简单，拿到题目之后简直是一头雾水，查阅了各种资料才理出一点头绪。对于自己以前不认识的器件一定要认真研究它的各个管脚的功能，同时必须清楚各个器件之间的联系才能更好地分析其在总电路中发挥的作用。检查电路时一定要戒骄戒躁，一根线一根线地检查，细心认真是检查电路时必须要做到的。一个小组两个人要团结合作，且要学会适时分工合作，可以提出对电路的不同修改意见以改进电路的性能。实践中发现有些错误是在所难免的，所以不要抱着一遍成功的侥幸心理，要脚踏实地去认真反复检查才能真正完成。实践中也有着很多快乐，可以说是痛并快乐着，看着自己的劳动成果出来时那种兴奋的心情简直难以用语言形容，实践课并不像理论课那么枯燥乏味，而且又能学到很多课外的知识，总之这次课程设计各方面收获都很多！注：此表可加附页课程设计验收指导教师评语及成绩：成绩指导教师签字 年 月 日教研室主任意见教研室主任签字年 月 日