1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)（說明書）籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)班 級(jí) 機(jī)電1303 學(xué) 號(hào) 10 學(xué) 生 姓 名 曾 闖 指 導(dǎo) 教 師 孫 琦 一、概述隨著信息時(shí)代的到來，電子技術(shù)在社會(huì)生活中發(fā)揮越來越重要的作用，運(yùn)用模電和數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品成為社會(huì)生活不可缺少的部分。就計(jì)時(shí)器來說，成為檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)員成績的一種重要工具。電子課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，可以真正的鍛煉學(xué)生的能力。在許多領(lǐng)域中計(jì)時(shí)器得到了普遍應(yīng)用，如體育比賽，定時(shí)報(bào)警器，游戲中的倒時(shí)器，交通信

2、號(hào)燈，紅綠燈，行人燈等，說明了計(jì)時(shí)器的重要性?；@球競賽中規(guī)定了球員持球的時(shí)間不能超過30s，否則就為犯規(guī)，本課程設(shè)計(jì)的正是“籃球競賽30s計(jì)時(shí)器”，可用于籃球比賽中，對(duì)球員持球時(shí)間做30s限制，一旦球員持球時(shí)間超過30s，它自動(dòng)報(bào)警從而判斷球員犯規(guī)。本次課設(shè)要求完成一個(gè)用于籃球競賽的30秒計(jì)時(shí)器。設(shè)計(jì)要求籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器的直流穩(wěn)壓電源要求自己設(shè)計(jì)。在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本，要求采用LED燈顯示。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。二、方案設(shè)計(jì)該電路包括脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路、報(bào)警電路、直流穩(wěn)壓電源6個(gè)部分組成。計(jì)

3、數(shù)器和控制電路是主要部分。計(jì)數(shù)器完成30s計(jì)時(shí)功能，控制電路完成啟動(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等功能?？傮w設(shè)計(jì)框圖如下：在籃球比賽過程中經(jīng)常需要計(jì)時(shí)操作，設(shè)計(jì)一個(gè)用于籃球競賽的30秒計(jì)時(shí)器。其原理如圖1所示。圖1 籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器原理框圖能完成的功能：顯示30s倒計(jì)時(shí)功能；系統(tǒng)外部設(shè)置操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器直接清零、啟動(dòng)和連續(xù)/暫停功能；在清零時(shí)數(shù)碼管顯示“00”；計(jì)時(shí)器間隔時(shí)間為1s，完成30s遞減計(jì)時(shí)；計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，數(shù)碼管不滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)；啟動(dòng)前數(shù)碼管顯示“30”等。此計(jì)時(shí)器采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下3個(gè)組成：計(jì)時(shí)模塊、控制模塊、譯碼顯示模塊。三、電路

4、設(shè)計(jì)1、直流穩(wěn)壓電源電路直流穩(wěn)壓電路由電壓變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，電壓變壓器的作用是將電網(wǎng)220的交流電壓變成整流電路所需要的交流電壓，通常為降壓變壓器。整流電路是將輸入的交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓和電流，這是還需在整流電路的輸出端接入濾波電路濾除交流分量，使輸出為平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路的作用是將濾波電路輸出的電壓經(jīng)穩(wěn)壓后，輸出較穩(wěn)定的電壓。交流電源220V，選用變壓器匝數(shù)比為30:1，經(jīng)過變壓后輸出電壓為7.33V,再通過橋式整流電路整流，又經(jīng)過極性濾波電容濾波，到達(dá)三端集成穩(wěn)壓器，選用三端集成穩(wěn)壓器型號(hào)LM7805，最終可輸出穩(wěn)定直流電壓5V。電容容量選470F。直流穩(wěn)壓電源

5、結(jié)構(gòu)框圖2所示，直流穩(wěn)壓電源原理圖如圖3所示。變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路 交流輸入 直流輸出 圖2 直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)框圖圖3 直流穩(wěn)壓電源原理圖2、多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)電路 選用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器, 其引腳功能如下：1地GND，2觸發(fā)，3輸出，4復(fù)位，5控制電壓，6門限(閾值），7放電，8電源電壓Vcc。其引腳圖如圖4所示：圖4 LM555引腳圖LM555秒脈沖發(fā)生器的振蕩周期T=tw1+tw2=0.7（R1+2R2）C，振蕩頻率f=1/T=1/0.7（R1+2R2）C1.43/(R1+R2)C。本實(shí)驗(yàn)需要的周期是1s，計(jì)算出較為穩(wěn)定的電阻電容值為：R1=47k,R2=48k,

6、 C1=100nF ,C2=10F。LM555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時(shí)器構(gòu)成，555定時(shí)器功能表如表1所示，脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路原理圖如圖5所示。表1 555定時(shí)器功能表輸入輸出THRTRIRSTUOT晶體管T狀態(tài)XX00道通2/3VCC1/3VCC10道通2/3VCC1/3VCC11截止1/3VCC1不變不變圖5 脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路圖3、三十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 本實(shí)驗(yàn)中計(jì)數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制同步加法/減法計(jì)數(shù)器，它采用8421BCD碼二-十進(jìn)制編碼，其功能表如表2所示。表2 74LS192功能表輸入輸出CLRLOADUPDOWNDCBAQ3Q2Q1Q01

7、000000dcbadcba011加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù)方案中采用十進(jìn)制雙時(shí)鐘加減可逆計(jì)數(shù)器74LS192芯片實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)功能，其邏輯符號(hào)如圖6，圖中：LOAD為置數(shù)端，UP為加計(jì)數(shù)端，DOWN為減計(jì)數(shù)端，CO為非同步進(jìn)位輸出端，BO為非同步借位輸出端，A、B、C、D為計(jì)數(shù)器輸入端，CLR為清除端，QA、QB、QC、QD為數(shù)據(jù)輸出端。圖6 74LS192邏輯符號(hào)圖 用兩片74LS192芯片串聯(lián)可作為三十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，第一片芯片的脈沖輸入端由第二片芯片借位輸出控制，第二片芯片脈沖輸入端直接由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)控制。第一片芯片同步置數(shù)輸入端為0101，第二片芯片同步置數(shù)端輸入為0

8、000。當(dāng)A接入低電位且B也接入低電位，兩對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管輸出為“30”；當(dāng)A斷開，LOAD接入高電位，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，直到數(shù)碼管出現(xiàn)“00”，完成計(jì)數(shù)。即完成三十進(jìn)制計(jì)數(shù)。結(jié)合電路（見附錄I）可看出,當(dāng)B接5V時(shí)，CR為高電平，計(jì)時(shí)器清零；當(dāng)B接地時(shí)，CR為低電平、LD為低電平時(shí)，D0-D3端輸入的數(shù)據(jù)d0-d3被置入計(jì)數(shù)器，Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0。當(dāng)CR為低電平，LD為高電平時(shí)，如果CPD為高電平，由CPU端輸入計(jì)數(shù)脈沖，進(jìn)行加計(jì)數(shù)。如果CPU為高電平，由CPD端輸入計(jì)數(shù)脈沖，則進(jìn)行減計(jì)數(shù)。如果CPU和CPD端都為高電平，計(jì)數(shù)器保持狀態(tài)不變。當(dāng)B接地時(shí)（即CR=0），同時(shí)啟動(dòng)開關(guān)A

9、閉合時(shí)，兩片74LS192的LD=0,計(jì)數(shù)器置30秒.當(dāng)A斷開時(shí)，LD=1，計(jì)時(shí)器工作，CPD端輸入秒脈沖時(shí)進(jìn)行減數(shù)。當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到0時(shí)，BO1和BO2同時(shí)輸出低電平0。三十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖如圖7所示。圖7 三十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖譯碼顯示電路 顯示報(bào)警時(shí)，應(yīng)用組合電路及發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)該功能，選用74LS48來驅(qū)動(dòng)共陰極七線數(shù)碼管，74LS48邏輯符號(hào)如圖8所示。圖8 74LS48邏輯符號(hào)圖圖中： A、B、C、D為輸入端， OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG為輸出端,接入數(shù)碼管顯示。當(dāng)LT、RBI、BI/RBO都接高電位時(shí)，芯片能夠正常工作。其功能表如表3所示。表3 74LS48功能表功能

10、輸入BI/RBO輸出備注LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H111111011H0001H01100002H0010H11011013H0011H11110014H0100H01100115H0101H10110116H0110H00111117H0111H11100008H1000H11111119H1001H111001110H1010H000110111H1011H001100112H1100H010001113H1101H100100114H1110H000111115H1111H0000000BI L00000002RBIHL0000L00000003LTLH111111

11、14譯碼器將各級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行二-十進(jìn)制譯碼，并用74LS48芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管用十進(jìn)制符號(hào)顯示出來。譯碼顯示電路如圖9所示。圖9 譯碼顯示電路5、控制電路 A是啟動(dòng)開關(guān)，B是清零開關(guān)。當(dāng)B打向右端，A閉合時(shí)，數(shù)碼管顯示“30”。當(dāng)A斷開時(shí)，LODA接入高電位，計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)。當(dāng)B打向左端時(shí)，數(shù)碼管清零，此時(shí)顯示“00”。C是暫停和連續(xù)開關(guān)，C打向左端時(shí)暫停，C打向右端時(shí)連續(xù)。計(jì)數(shù)器完成30秒倒計(jì)時(shí)或清零后，BO為低電平，二極管發(fā)光，計(jì)數(shù)器不再進(jìn)行計(jì)數(shù)，并顯示“00”。圖10 啟動(dòng)、清零圖11 暫停/連續(xù)6、報(bào)警電路 當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零 ( 即定時(shí)時(shí)間到 )或直接清零時(shí) ,顯示器顯

12、示“00”，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 ,BO輸出為低電平，此時(shí)+5V電源經(jīng)10電阻使發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)出紅光電報(bào)警信號(hào),完成報(bào)警功能。報(bào)警電路如圖12所示。圖12 報(bào)警電路四、性能測(cè)試1、直流穩(wěn)壓電源電路 直流穩(wěn)壓電路如圖如圖13所示。圖13 直流穩(wěn)壓電源萬用表的數(shù)據(jù)顯示為5.001V，即所設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓為5.001V，非常接近5V,所以可認(rèn)為此直流穩(wěn)壓電源合格。萬用表讀數(shù)如圖14所示。圖14 萬用表讀數(shù)圖2、多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào)電路 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖15所示。圖15 多諧振蕩器原理圖將示波器連接到多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)上，進(jìn)行仿真，示波器上所觀察的波形如圖16所

13、示。圖16 示波器輸出波形圖示波器所顯示波形的周期為1.006s，即所設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)周期為1.006s，其信號(hào)頻率非常接近1Hz，所以此信號(hào)發(fā)生器合格。3.整體電路測(cè)試（1）預(yù)置30秒對(duì)電路進(jìn)行仿真，將A閉合（接地端），B打向右端（接地端），C打向右端。此時(shí)LD為低電平，顯示器顯示“30”，置數(shù)仿真結(jié)果如圖17所示。圖17 置數(shù)仿真結(jié)果圖從顯示器顯示“30”可以得知，整個(gè)電路可圓滿完成置數(shù)功能。（2）暫停/連續(xù)功能C為暫停/連續(xù)開關(guān)。當(dāng)置數(shù)30秒完成后，A斷開，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)開始后，C打向右端時(shí)，U12A輸出高電平，控制門U5A打開，秒脈沖信號(hào)可以通過控制門U4使計(jì)數(shù)器進(jìn)行減

14、數(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)功能；開關(guān)C打向左端時(shí)，U12A輸出低電平，U5A門關(guān)閉，秒脈沖信號(hào)被封鎖，計(jì)數(shù)器處于鎖存狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)暫停功能。C打向左端時(shí)暫停功能的仿真結(jié)果如圖18所示，C打向右端時(shí)連續(xù)功能的仿真結(jié)果如圖19所示。圖18 暫停功能的仿真結(jié)果圖19 連續(xù)功能的仿真結(jié)果從圖18的仿真結(jié)果可以看出，在減計(jì)時(shí)過程中，將C打向左端時(shí)（此時(shí)顯示器顯示“27”），U5A輸出低電平，U12A門關(guān)閉，秒脈沖信號(hào)被封鎖，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，且顯示器顯示結(jié)果保持不變（此時(shí)繼續(xù)保持顯示為“27”）。 從圖19的仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)C打向左端后（即處于暫停狀態(tài)），再將C打回右端，U5A輸出高電平，控制門U12A打開，秒脈沖信號(hào)

15、可以通過控制門U4，此時(shí)顯示器顯示“26”，并繼續(xù)遞減，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)功能。根據(jù)以上結(jié)果可得出電路能夠成功實(shí)現(xiàn)暫停/連續(xù)功能的結(jié)論(3)報(bào)警功能當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到零時(shí)，顯示器顯示“00”，此時(shí)計(jì)時(shí)器的BO端輸出低電平，發(fā)光二極管自動(dòng)導(dǎo)通，發(fā)出紅色報(bào)警信號(hào)。報(bào)警顯示如圖20所示。圖21為發(fā)光二極管報(bào)警時(shí)的局部放大圖。圖20 報(bào)警功能仿真結(jié)果圖21 報(bào)警時(shí)發(fā)光二極管的局部放大圖（4）清零報(bào)警功能B為清零開關(guān)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)過程中（該過程中A保持?jǐn)嚅_，C保持打向右端不變），將開關(guān)B打向左端（接高電平），此時(shí)CR為高電平，計(jì)時(shí)器清零，顯示器顯示“00”，報(bào)警器發(fā)出紅色報(bào)警信號(hào)。清零仿真結(jié)果如圖22所示。圖22

16、 清零仿真結(jié)果圖仿真結(jié)果表明將B打向左端后，顯示器自動(dòng)清零，顯示“00”，并且此時(shí)報(bào)警器報(bào)警。電路能成功完成清零功能。五、結(jié)論根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，本設(shè)計(jì)方案圓滿完成了設(shè)計(jì)要求和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。電路結(jié)構(gòu)較為簡單，條理清晰，準(zhǔn)確度較高。脈沖發(fā)生器使用的是555振蕩電路，通過對(duì)器件參數(shù)的調(diào)整，使其精度和穩(wěn)定程度都有較高保證。如果能夠通過分頻電路來代替555信號(hào)發(fā)生器的話，產(chǎn)生秒脈沖計(jì)時(shí)信號(hào)能夠更加穩(wěn)定和精準(zhǔn)。本次課設(shè)中，充分利用文獻(xiàn)及其他參考書，兩周時(shí)間順利完成了本次課設(shè)，通過本次課設(shè)使我們所學(xué)的知識(shí)得到鞏固，感謝老師精心的指導(dǎo)，遇到的很多問題迎刃而解，感謝同學(xué)的幫助，完善了該功能的缺陷。參考文獻(xiàn)1 朱定華主編.電子電路測(cè)試與實(shí)驗(yàn)M北京：清華大學(xué)出版社，20042 路勇主編.電子電路實(shí)驗(yàn)與仿真.北京：北方交通大學(xué)出版社，20043 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版)M.高等教育出版社4 周明德.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用（第四版）M.清華大學(xué)出版社，20025 楊寶清.實(shí)用電路手冊(cè).北京.機(jī)械工業(yè)出版社.20026 唐穎 馬杰 王海云數(shù)字電路.重慶：重慶大學(xué)出版社，20047 張玉璞 李慶常.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)M.北京：北京理工大學(xué)出版社附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1U