数电课程设计-象棋竞赛计时器.doc

课 程 设 计课程名称 数电课程设计 课题名称 象棋竞赛计时器 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2010年 12月 7日目录第一章 绪论3 1.1设计内容简介1.2 总方案框图1.3 设计思路1.4 特色第二章 模块电路设计42.1 两小时加模块2.2 30秒倒计时及其控制模块第三章 总电路调试93.1 具体电路3.2 实验设备3.3 仿真3.4 照片附录 芯片功能表以及管脚图10心得体会13电气信息学院课程设计评分表15第一章 绪论1.1设计内容简介本次设计要求设计一个象棋竞赛计时器，以数字形式显示已用时间xx时xx分xx秒，并且要求设计30秒倒计时，当计时器减为0时，电路发出报警信号，还需要在外设置控制开关，控制计时器的清0与启动1.3 设计思路 首先是两小时的加计时器。当计时器计时到两小时以后，数码显示器定格在两小时，并触发30秒的倒计时计时器，30秒开始倒计时。30秒计时器中包含控制电路，可以在30秒倒计时结束后自动切换选手，并对该选手重新开始30秒倒计时，还可以完成A、B选手的手动切换，以及对切换电路的防抖动控制。本次设计最主要的是设计一个计数器，其中包括2进制加法计数器，60进制加法计数器和30进制减法计数器。2进制和60进制加法计数器用来组成2小时计时，30进制减法计数器用来进行30秒倒计时。除了计数器以外，还需要设计控制电路，显示电路和报警电路。控制电路用来控制计数器的清0与启动，显示电路有译码器和数码管组成，用来显示时间。报警电路连接指示灯和蜂鸣器，可以用指示灯的亮灭和蜂鸣器响声来实现报警功能。1.2 总方案设计框图两小时计时器30秒计时器换选手控制秒脉冲显示器外设开关报警电路报警电路1.4 特色在两小时加计时器中包含暂停控制，可以实现比赛中因特殊情况，暂停比赛。当两个小时计时完成后，指示灯亮起，报警器响一下。在30秒计时器中包含防抖动装置，可以避免在手动切换选手时，因按动开关形成不稳定的电流，对倒计时电路的影响。当30秒倒计时结束后，指示灯亮，报警器响一下。第二章 模块电路设计2.1 两小时加模块2.1.3 设计思路计数器可由74160，74161，74192，74193组成，本次设计是由74192构成的。先用两片74192构成60进制计数器，用来表示“秒”；再用两片74192构成60进制计数器，用来表示“分”；用一片74192构成2进制计数器，用来表示“时”。用来表示秒的60进制计数器进位端接“分”计数器的CP脉冲端，分计数器的进位端接时计数器的CP脉冲端，就构成了一个2小时的计数器，如图2.1，图中，把5个74192的CLR端并联起来构成电路的CLR，用于把整个计数器清为0。2.1.1 具体电路图电路说明：右上角两个数码显示器显示的是秒计时，由左上角的两个160控制显示。中间的两个数码显示器显示的是分计时，由左下角的两个160控制，右下角的一个数码显示器显示的是小时计时，由右下角的160控制。两小时计时完毕后，显示器定格在2：00：00，蜂鸣器响起，跟下一个30秒倒计时计时器发出信号。2.1.2 所用芯片74LS160 5片 74LS20 1片 74LS00 1片 74LS04 1片 数码显示器 5个 指示灯 1个 蜂鸣器 1个 2.1.4 仿真结果2.2 30秒倒计时以及控制模块模块2.2.3 30秒倒计时模块2.2.3.1设计思路 30秒倒计时电路是由2片74192构成的30进制减法计数器。74LS192工作原理：当 LD=1，CR=0时，若时钟脉冲假如到 CP端，切CP=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，CO端发出进位下跳变脉冲，若始终脉冲加入到CP端切CP=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减到0时，BO端发出借位下跳脉冲。计数器的输入端口输入十进制数码29，也就是个位输入1001，十位输入0010，输入时钟脉冲后，计数器开始工作，进行减法计数。当计数器减为0时，也就是8个输出端口输出全为0时，要进行报警，因为要用指示灯进行报警，而点亮指示灯需要高电平，那么把8个输出端接一个或非门就可以实现了报警功能2.2.3.1 具体电路图 电路说明：两个数码显示器分别显示30的十位和个位，由两个192控制减法计数做倒计时器。采用置数法，将倒计时完毕的00状态信号用四个或非门采集出来，再用一个四输入与非门和一个非门将信号送到两片192的置数端，实现当倒计时计数到00后，自动开始下一轮30秒的倒计时2.2.3 控制模块2.2.4.1设计思路为了外部开关更好的控制，我们得设计一个辅助控制电路，由于我们要分别对A、B两选手的步时进行有效控制。首先A、B两选手各有一个按钮，当其在所给30秒步时内走完棋时，可以自行按下按钮，轮到下一个选手走棋，并重新开始30秒倒计时，同时属于选手的指示灯也会跳换，蜂鸣器响一声。2.2.3.1 具体电路图电路说明：左边两个按钮分别由A、B两选手控制，右边两指示灯分别代表A、B两选手。假如在属于A选手的步时内时，在红色的等亮起，当A选手在30秒内走完棋时，按下第一个按钮，则计时器重新开始倒计时，同时绿色的指示灯亮起，蜂鸣器响一声提醒，轮到B选手走棋。B选手的控制过程同A。2.2.2 所用芯片： 74LS192 2片 74LS02 5片 74LS04 4片 74LS20 1片 74LS00 2片 74LS08 2片 74LS76 1片 指示灯 3个 蜂鸣器 1个 按钮开关 2个 数码显示器 2个2.2.4 仿真结果 第三章 总电路调试3.1 总电路仿真 电路说明：将2小时计时电路的2：00：00的显示状态信号，和2小时计时电路的秒脉冲信号相与，输出接在30秒倒计时的个位显示器的down管脚出，从而实现2小时计时结束后，自动开始30 秒的倒计时。3.2 总电路接线及调试3.2 故障检查和分析1 检查接线是不是已经接好。因为只要有一根线接错就会导致整个总电路的功能受到影响，在确保接线没有错的前提下。看置空端高低电平有没有接好，减小电路的不为稳定性。看看管脚的排列是不是正确的。有的管脚是不可以排到上面的，那样也会影响整个电路的功能。2 检查电路设计的问题。首先由分电路进行检查运行逐渐的检查到总电路，这样就可以找到故障的所在。3 当在调试时候出现故障问题，首先我们要对这个问题进行分析，看看这个问题出在哪个环节，是在接线还是在电路上，是出现在秒、分、十或是在报警，还是在显示上的问题。这样对排除故障就可以做到事半功倍。附录 芯片功能表以及管脚图元器件清单74LS00 1片74LS02 3片74LS04 1片74LS08 1片74LS20 1片74LS160 5片74LS76 1片74LS192 1片管脚图74LS00四-2输入与非门74LS04六反相器74LS02四-2输入或非门74LS20二-4输入与非门74LS76双JK触发器74LS08四-2输入与门74160功能表74LS192十进制加减计数器74192功能表参考文献教材：电子技术与EDA技术课程设计郭照南 主编参考书：电子技术课程设计指导 彭介华 主编 高等教育出版社电子线路设计、实验、测试 谢自美主编 华中理工出版社。心得体会为期两周的数电课程设计结束了，两周时间虽不长，但是感受却颇多。从分组定项目时的激动，到设计仿真时的废寝忘食，再到实际接线时的身心疲惫，最后到显示成功时的欣喜，这中间的体会有些是无法用文字表达的。刚分组时，学习委员特意没有按学号的先后顺序来分，而是把数电学得好的和数电没学好得不是太好的同学搭配起来分组，我很感谢班干部们的苦心。接到任务书是设计一个象棋竞赛的计时器，生活中没怎么太多和象棋打交道，所以刚听到是这个任务时还云里雾里的，好在陈老师还给了点提示，其实说白了也挺简单的，就是一个加计数器，一个减计数器。接下来就是就是设计仿真电路了。以前上数电课时，稍微熟悉了下multisim软件的使用，现在到了真正付诸实践的时候了。第一个做的是60进制的级联电路，用作秒和分的计时器。刚开始的时候由于软件还不太熟练，找个元器件都要用老半天。但是相比30秒倒计时控制电路，设计两小时计时电路的所花的功夫就是小巫见大巫了。30秒的倒计时倒是不困难，两个192一级联就行了，主要是对这个倒计时的控制设计花了很多时间。要么就是30秒倒计时到01后就自动置位30了，没有00的状态；要么就是两小时计时完成的信号过来可以置位30，但是倒计时完毕自动置位时却置位到其他数字；再要么就是按扭开关虽可以手动置位计时器，但不可以实现A、B两选手的切换诸如此类，反正不是这边出点故障，就是那边又有点问题，然后就又得继续对着个电脑屏幕查故障，改线路，但最后终究还是把仿真图给完成了。再然后就是到试验台接线路了。陈老师检查仿真时就提醒过我们，芯片多的电路设计较简单，但是接线会比较麻烦，而芯片少的电路虽然设计会花点功夫，但是接起线来就会简单许多。当时仿真检查完后，确实用到的芯片挺多的，共14片，但也没多想，和组员们都觉得仿真图既然都对了，接个线再麻烦能有多麻烦，只要仔细点，不接错线，问题应该不大，但没想到真正上了试验台，一切都不同了。首先是没有考虑到芯片多了以后，每一片芯片首先接电源接地就有两根线，算下来，光是电源和接地管脚就有28根了。然后是管脚线的排布，由于芯片多，芯片与芯片之间就会挨得很近，有的上边的芯片插好管脚后，下面的就插不进线了。再就是由于要接的线很多，为了减小接完线后的排查故障的困难，必须选择合理长度的线，合理安排管脚排线，比如同一个芯片上有多个要接地或是要接电源的管脚，就用多根短电线串联在一起，这样就可以只引一跟电线出去，再比如对于多个芯片引出来接高低电平的电线，就插在同一个高低电平上，可以避免分开接高低电平而造成的在接下来接线过程中，不小心将高电平打到低电平，或是低打到高，从而弄混，造成不必要的故障。最后好不容易将所有的电路都接完了线，满以为一切大功告成，可是当把电源打开时，显示的结果却还是出问题了。首先是检查各芯片各管脚的线有没有接错，排除这一故障原因后，在将所有接线孔按牢，看看是不是接触不良，确实也解决了一些故障，但还是有问题，没有到达仿真的效果，然后又将一些线重接，没想到显示器和芯片上的同一根线，插在芯片的管脚上老是不对，而一接在数码显示器的管脚上就没问题了。接线终于成功了，我们得赶紧喊老师来看，生怕呆会迟了，线路又接触不良造成显示问题，当老师说我们接线部分过了的那一刻，心情是复杂的，既有如释重负的轻松，也有内心的欣喜和课程设计成功的成就感！在报告的最后，想感谢陈老师的耐心指导和悉心点拨，在您的帮助下，我们组这次的课程设计才能又好又快的完成，谢谢老师！电气信息