陈植锋数电课程设计完整版.docx
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陈植锋数电课程设计完整版
广东海洋大学
数字电子技术课程设计报告
姓名电话手写姓名
学院(系)
信息学院
专业名称班级
电子信息工程
学号
201011611404
课程设计内容
24秒篮球比赛计时器
时间
2012年06月
成绩:
教师签名:
目 录
一课题名称
二设计任务与要求
2.1、设计任务
2.2、设计要求
三方案的选择与论证
3.1、提出方案
3.2、方案的比较与确定
四电路框图及工作原理
五.单元电路的设计
5.1、24进制计数器的设计
5.2、数码显示电路的设计
5.3、秒脉冲的设计
5.4、控制开关电路的设计
5.5、报警电路的设计
5.6、整机工作原理
六.电路仿真
七.设计及调试中的体会
八.参考文献
一课题名称
24秒篮球比赛计时器
二、设计任务与要求
2.1、设计任务:
1.显示24秒计时功能。
2.设置外部操作开关控制计时器直接清零、启动、暂停/连续功能。
3.计时器为24秒递减计时器,其计时间隔为1秒。
4.递减计时到零时,显示器不能灭灯,同时发出光电报警信号。
2.2、设计要求:
1.根据原理图分析各单元电路的功能;
2.熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能;
3.写出完整、详细的设计报告。
三.方案的选择与论证
3.1提出方案
方案一:
采用计数器74LS192作为核心部分。
同时选择74LS48作为BCD码译码器来对7段数码显示管进行译码驱动,两个七段数码显示管进行显示。
采用555计时器制成的多谐振荡器,进行秒脉冲的输入。
因为我们需要对其进行暂停、清零、报警等控制,所以我们使用了两个开关来控制计数器的各功能的实现,从而实现各种功能。
方案二:
采用单片机AT89S51作为核心部分,编写程序。
用74LS48和7段数码显示管组成显示电路。
采用三个开关控制启动、暂停、清零、报警从而实现各种功能。
3.2方案的比较与确定
在两个方案中,单片机价格比较贵,编写程序繁琐,原理说明性不够强,所以在本次设计采用方案一。
四电路框图及工作原理
24秒倒计时计时器的方案框图如图4-1所示。
它是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路等五个部分组成。
其中计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成24秒计时功能,控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数功能,译码显示电路完成数字显示功能,报警电路产生光电报警功能。
秒脉冲发生器产生时钟脉冲信号,这个信号作为电路的定时标准,其电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡其构成。
图4-124秒计时器系统设计框图
控制电路手动置数计数器,译码显示电路出现显示,秒脉冲发生器产生秒脉冲刺激计
数器递减,随之译码显示电路递减。
暂停/连续时,控制电路控制秒脉冲发生器暂停/
连续秒脉冲,随之计数器和译码显示停止/连续工作。
译码显示为零时触发报警电路产生报警。
五单元电路的设计
5.124进制计数器的设计
计数器选用集成电路74LS192进行设计较为简便,74LS192是十进制可编程同步加法计数器,它采用8421码十进制编码,并具有直接清零、置数、加减计数功能。
图5-1是74LS192引脚排列。
图中CU、CD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端(上升沿有效)。
PL是异步并行置数控制端(低电平有效),TCU和TCD是进位、借位输出端(低电平有效),MR是异步清零端,P3-P0是并行数据输入端,Q3-Q0是输出端。
图5-174LS192引脚图
74LS192的功能表见表5-1所示
表5-174LS192功能表
输入
输出
MR
CU
CD
P0
P1
P2
P3
Q0
Q1
Q2
Q3
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
a
b
c
d
a
b
c
d
0
1
↑
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
↓
×
×
×
×
减计数
当PL=1,MR=0时,若时钟脉冲加到端CU,且CD=1则计数器在预置数的基础上完成加计数功能,当加计数到9时,TCU端发出进位下跳变脉冲;若时钟脉冲加到CD
端,且CU=1,则计数器在预置数的基础上完成减计数功能,当减计数到0时,TCD端发出借位下跳变脉冲。
由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下图5-2所示。
图5-28421BCD二十四递减计数器
其预置数为N=(00100100)=(24)10。
在CD端的输入时钟脉冲作用下,开始递减。
只有当低位TCD端发出借位脉冲时,高位计数器才作减计数。
当高、低位计数器处于全零,完成一个计数周期,然后手动置数PL=0,计数器完成置数,再次进入下一循环减计数。
5.2数码显示电路的设计
根据设计的要求采用74LS48译码器来驱动共阴极数码显示管。
74LS48芯片是一种常用的七段数码管驱动器,常用在各种数字电路和系统的显示系统中。
74LS48和共阴极七段LED显示器如图5-3连接。
这样连接74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需像CC4511外接限流电阻。
图5-3显示电路
74LS48输入信号为BCD码,输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线,另有3条控制线。
为测试端,低电平有效,当
=0时,无论输入端A、B、C、D为何值,a~g输出全为高电平,使7段显示器件显示“8”字型,此功能用于测试器件。
为灭零输入端,低电平有效。
在
=1,
=0,且译码输入为0时,该位输出不显示,即0字被熄灭。
但当译码输入不全为0时,仍能正常译码输出,使显示器正常显示。
BI\RBI是一个特殊的端口,有时作用于输入,有时作用于输出,在这里不多做介绍。
74LS48功能表见表5-2。
表5-2 74LS48的功能表
输入
输出
字形
数字
ABCD
BI/RBO
abcdefg
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0000
1000
0100
1100
0010
1010
0110
1110
0001
1001
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1111110
1100000
1101101
1111001
0110011
1011011
1011111
1110000
1111111
1111011
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
消隐
脉冲消隐
灯测试
X
1
0
X
0
X
XXXX
0000
XXXX
0
0
1
0000000
0000000
1111111
8
七短数码管的引脚图如图3-4所示,在使用时要注意是共阳还是共阴,其中3脚和8脚相连为公共端,因为此次设计是使用的共阴极数码管,所以在电路中接地,6脚为小数点引脚,在设计中没要求不需要对其处理。
图5-4七短数码显示管的引脚图
5.3秒脉冲的设计
根据设计要求,电路需要产生间隔为一秒的时间脉冲,完成正确的计数功能。
所以选择NE555定时器来设计此电路。
从而产生标准的秒脉冲。
NE555定时器是一种中规模集成电路,外形为双列直插8脚结构,体积很小,使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件,就可以构成史密特触发器、单稳态触
发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
引脚功能:
TH:
高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端,
低电平触发端,简称低触发端,CVO:
控制电压端,OUT:
输出端。
DIS:
放电端,RES:
复位端。
表5-3555定时器控制功能表
输入
输出
TH
RES
OUT
DIS
×
×
L
L
导通
<
VCC
<
VCC
H
H
截止
<
VCC
>
VCC
H
不变
不变
>
VCC
×
H
L
导通
用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供脉冲,如图5-5所示。
图5-5
R2、R5和C1为外接定时元件,高、低电平触发输入端项链并接到定时电容C1上,R1和R2的节点与放电端相连,电压控制端不用,通常接0.01uF电容C2。
接通电源后,VCC通过R2、R5对C1充电,DIS上升。
开始时DIS<
VCC,即高电平触发端TH<
VCC,低电平触发
<
VCC,定时器置位,放电管截止。
随后DIS越充越高,当DIS>
VCC,高电平触发端TH>
VCC,低电平触发端
>
VCC,定时器复位,放电管饱和导通,C1通过R5放电,DIS下降。
当DIS<
VCC时,又回到高电平触发端TH<
VCC,定时器又置位,放电管截止,C1停止放电而重新充电。
如此反复,形成振荡波形提供脉冲。
公式:
Tw1=0.7(R2+R5)C1Tw2=0.7R2C1
振荡周期计算公式:
T=0.7(R2+2R5)C1≈1s
5.4控制开关电路的设计
在本次设计中需实现计数器的暂停、复位和启动控制,为了简单,我们只需用一个开关来控制启动和复位功能。
启动复位开关和74192的11脚相连即可。
在这里,主要介绍暂停/连续开关的设计,因为555产生秒脉冲全靠给C1充放电产生,所以只需中断C1的充放电即可,所以在C1的另一端用一个开关控制接地,这就形成了暂停/连续开关。
5.5报警电路的设计
根据设计要求,要产生光电报警,我们采用5个或门组成一个选择电路,一个发光二极管产生光亮,一个蜂鸣器发出报警。
如图5-6所示
图5-6
或门OR1的输入与高位74LS192的低两位输出端相连,OR2、OR3与低位74LS192输出端相连。
当输出端全部为低电平时OR5的输出才为低电平,此时导通发光二极管和蜂鸣器,产生光电报警信号。
四电路仿真
用Proteus进行仿真,仿真结果如下
1.计时预备阶段如图6-1
闭合SW1,断开SW2启动仿真软件,此时74LS192开始工作,高位74LS192输入0010,低位74LS192输入0100,通过74LS48译码,数码管显示出了24秒的字样,进入计时预备阶段。
图6-1计时预备阶段
2.计时阶段如图6-2
断开SW1进入计时阶段,由555产生秒脉冲,从Q端传送到低位74LS192的DN端。
个位数码管从4开始递减,当个位递减0时又通过低位74LS192的TCD端传送到高位74LS192的DN端,十位的数字减1。
如此周而复始的循环形成倒计时。
图6-2计时阶段
3.暂停\连续功能的实现如图6-3
在计时阶段中,由SW2来控制暂停/连续,闭合SW2,555秒脉冲暂停,低位74LS192停止工作,数码管递减停止,反之又闭合SW2,555秒脉冲继续进行,低位74LS192继续工作,数码管重新开始递减,又进入计时。
图6-3暂停/连续功能实现
4.电路报警如图6-4
计数到零时高位和低位74LS192的八个输出端为低电平,传输到或门组成的选择电路。
因为全部为低电平所以或门的最后输出为低电平,于是LED灯、蜂鸣器导通,产生光电报警信号。
图6-4电路报警
5.
篮球竞赛24秒计时器总电路原理图
6.实验元器件清单
24秒篮球比赛计时器
项目代号
名称
规格
数量
备注
更改
U1、U2
译码器
74LS48
2
U3、U4
计时器
74LS192
2
U5
定时器
NE555
1
C1
电容
10uf
1
C2
电容
0.01uf
1
R1
电阻
50k
1
R1(预备)
电阻
0.05k
1
R2
电阻
20k
1
R3
电阻
0.2K
1
R4
电阻
1K
1
R5
电阻
62K
1
OR1~5
或门
74LS32
5
D1
发光二极管
LED-RED
1
SW1、SW2
开关
K
2
BUZ
电容
4.7uF
1
DS1、DS2
7段数码管
共阴(小号)
2
七设计及调试中的体会
在老师说要做课程设计时,自己很是担忧,一方面,考试时间将近,可能没有足够充分的时间来完成课程设计。
另一方面,课程设计不像做实验那样简单,整个过程需要我们自己设计电路以及调试验证方案的可行性。
确定课程设计题目之后,我就开始构思整体设计思路,有了初步想法之后,结合课本的知识和查阅资料,我便开始电路的设计、分析及调试、仿真。
之前自己并没有接触过protues这款仿真软件,所以自己在XX找了很多protues的教程,我在大概熟悉了protues的使用之后就开始进行电路仿真。
因为是第一次使用protues,所以在连接电路图时花费了大量时间,而且有时候会找不到元器件,这时候便通过找资料或询问同学来解决问题。
在经过多次努力之后,仿真正常进行。
通过了本次课程设计,使我学到了很多知识:
更加充分认识了各种常用的数字电路的芯片功能和应用,熟悉了protues软件的一些基本功能以及基本操作。
本次课程设计给我印象最深的是要设计一个成功的电路,必须要有耐心,要有坚持的毅力。
我深刻的体会到在设计过程中,需要反复实践,其过程很可能相当烦琐的,有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做,那时心中未免有点灰心,有时还特别想放弃,此时更加需要静下心,查找原因。
总体来说,这次课程设计使我受益匪浅。
摸索该如何设计电路并使之实现所需的过程是特别有趣的,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力。
在让我体会到了设计电路的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐
八.参考文献
1.温如坤、高志敏主编《数字电子技术基础实验》湖北汽车工业学院2004
2.阎石主编《电子技术基础(数字部分)》高等教育出版社2006
3.白中英主编《数字逻辑与数字系统》科学出版社2002
4.谢自美主编《电子线路设计.实验.测试》华中科技大学出版社2001
5.朱余钊主编《电子材料与元件》西安电子科技大学出版社2002
6.杨志忠主编《数字电子技术》高等教育出版社2000
7.王彦平主编《PROTEL99电路设计指南》清华大学出版社2000
8.朱清慧、张凤蕊主编《Proteus教程》清华大学出版社2008
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