象棋竞赛计时器设计.doc

课 程 设 计课程名称 数字电子设计 课题名称 象棋竞赛计时器设计 专 业 自动化 班 级 0904 学 号 31 姓 名 王 光 指导教师 陈意军 2011年 12月 8 日湖南工程学院课程设计任务书 课程名称：数字电子技术 题目：象棋竞赛计时器设计 专业班级：自动化0904 学号：31 学生姓名：王 光 指导老师： 陈意军 审 批：任务书下达日期 2011 年 11月 28 日设计完成日期 2011 年 12月 9 日 设计内容与设计要求一 设计内容：1 设计并调试象棋竞赛计时器；2 设计象棋竞赛甲、乙基本用时加计数器，2时00分00 秒，以数字形式显示。3 甲、乙在2小时基本用时用完后，开始读秒；甲、乙读秒分别为30秒倒计时，每隔一秒，计数器减一。某方30秒用时完后，甲乙自动切换；若少于30秒，则手动切换。以数字形式显示倒计时时间。4 外置控制开关，控制计时器的直接清零和置数、启动甲或乙。5 计时计数器减致零，显示器显示00，电路发出报警信号，表示该方超时。6 要求设计振荡器。7 功能扩展（自选）； 二 设计要求：1 整体设计给出框图，提供总电路图；2 单元模块设计，给出具体设计思路和电路；3 给出各单元模块电路、总电路图的仿真结果；4 电路硬件实现和功能调试5 写出设计报告； 主要设计条件1 提供中规模芯片；2 提供电源和调试设备；3 提供EWB设计软件 说明书格式1 设计封面；2 任务书；3 说明书目录；4 设计总体思路，基本原理和框图（顶层电路图）；5 单元电路设计（各次级模块电路图）；6 设计仿真；7 电路调试8 总结与体会；9 附录；10 参考文献11课程设计成绩评分表 进 度 安 排 第一周星期一：课题内容介绍和查找资料； 星期二：总体电路设计和分电路设计； 星期三：分电路设计与仿真；星期四：总体电路电路仿真，修改方案，电路调试； 星期五：确定设计方案，安装电路；第二周星期一二：安装、调试电路或验收电路； 星期三：安装、调试电路或验收电路；星期四五：写设计报告； 星期五下午：答辩；整理实验室 参 考 文 献目 录第一节 总电路设计思路和总体框架91、设计内容简介92、设计思路93、总框架图10第二节 模块设计思路、电路图及其仿真图111、译码驱动电路、显示电路模块112、2小时计时电路及仿真123、30秒计时器电路及仿真134、控制电路的设计思路155、控制电路电路图15第三节 总电路的设计与仿真17第四节 总电路的安装与调试221、调试步骤：222、实物接线图：23第五节 故障检查和分析及解决方案241、故障类型：24第六节 心得与体会25附录27第一节 总电路设计思路和总体框架1、设计内容简介本次课程设计要求设计一个象棋计时器，其要求为：竞赛者甲、乙基本用时加计数器，2时00分00 秒，以数字形式显示。甲、乙在2小时基本用时用完后，开始读秒；甲、乙读秒分别为30秒倒计时，每隔一秒，计数器减一。某方30秒用时完后，甲乙自动切换；若少于30秒，则手动切换。以数字形式显示倒计时时间2、设计思路象棋竞赛计时器采用7个数码显示器分别显示2小时顺计时和30秒倒计时，由于顺计时与倒计时同时存在，故考虑用74LS192（十进制加/减计数器）和74LS160（十进制计数器）来实现两个计数模块的计数功能。 设计要求在2小时顺计时完后报警，并启动30秒倒计时。这里首先捕捉2小时顺计时完的特征输出信号作为30秒倒计时电路启动的大前提。由于要实现甲30秒用时完后，能自动停下，并可以通过开关切换到乙，这里利用两个74LS32（四二输入或门）来捕捉30秒倒计时用完信号，再通过74LS112（二JK触发器）和开关一同构成控制电路，实现甲乙用时切换功能。利用开关将各芯片清零端相串接至高电平，低电平有效的另接至74LS04（六输入反向器），实现清零功能。利用零界时刻的特征信号产生报警器信号，实现2小时用时以及30秒倒计时报警功能。报警功能通过外部连接发光二极管来实现！并且通过灯的状态来表示甲、乙的切换。3、总框架图脉冲发生器2小时显示电路30秒倒计时译码驱动路电控制电路报警电路外部操作开关显示电路第二节 模块设计思路、电路图及其仿真图1、译码驱动电路、显示电路模块采用74LS48（BCD七段显示译码器）作为七段晶体管的显示驱动器，输入端A、B、C、D是以二进制码为输入信号。输出端QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG分别接七段显示器的a、b、c、d、e、f、g端进行信号输入，可以显示0到9十位数字。在用74LS48时应注意将BI/RBO（灭灯输入/灭灯输出）端、LT（灯测试输入）端、RBI（灭零输入）端、VCC（电源）端都接高电平。GND（接地）端接地。图2-1 译码驱动电路、显示电路模块电路图2、2小时计时电路及仿真1、基本电路本电路采用5片74LS160来设计2小时电路。具体电路如下：上述电路中，秒针的个位的进位端接十位的CP端，构成秒计时器，其进位端通过一个与非门接到分计时器的个位CP端，依此，构成了2小时计时器。2、2小时计时电路仿真图：仿真显示该电路一切正常3、30秒计时器电路及仿真1、基本电路由于74LS192具有减法计数功能，故采用74LS192来构建30秒减法计数。设计要求甲、乙选手各可以用时30秒，在甲用时完后，自动切换到乙，并报警。也就是说一个30计时完后要置数30，在开始计时。30秒倒计时的各位用1片74LS192实现，但是要注意CP输入端该为DOWN（减计数信号端）端，而UP（加计数信号端）端接至高电平。BO（借位信号输出）端与十位的DOWN相连，作为十位的脉冲信号。十位置数输入端A、B接高电平，C、D接低电平，为置数做准备。这里需要捕捉到零的信号用以置数。采用74LS32（四二输入或门）实现信号捕捉以及输出，QA、QB、QC、QD分别或连接，当且仅当秒计时的各位和十位都为0时才会输出信号“0”，联结秒计时十位LODA（置数）端，让芯片端置数。并利用74LS112来实现甲乙状态的转换，通过灯亮与灯灭来表示这两者。2、30秒计时器仿真图（注：灯亮表示“甲”；灯灭表示“乙”）（甲）（乙）4、控制电路的设计思路 由于设计要求是2小时计时完后，才开始30秒倒计时。又更具具体实际加入在30秒倒计时的时候，甲、乙双方可以分别用时30，也可以不用30秒即可切换选手等功能。并且要显示每时刻是哪位选手下棋的状态。要实现2小时计时完时刻报警，以及30秒用时完时刻报警，以及整体清零功能。为了便于外部开关对整个电路的控制，设计了控制电路，与外部开关相连。 这里利用了74LS112（二JK触发器）和一个开关对状态显示进行信号输出和转换控制。将清零端相串联，用一开关一段接高电平，一段接地，进行清零控制。5、控制电路电路图第三节 总电路的设计与仿真由于设计要求是2小时计时完后，才开始30秒倒计时。又更具具体实际加入在30秒倒计时的时候，甲、乙双方可以分别用时30，也可以不用30秒即可切换选手等功能。并且要显示每时刻是哪位选手下棋的状态。要实现2小时计时完时刻报警，以及30秒用时完时刻报警，以及整体清零功能。为了便于外部开关对整个电路的控制，设计了控制电路，与外部开关相连。 这里利用了74LS112（二JK触发器）和一个开关对状态显示进行信号输出和转换控制。将清零端相串联，用一开关一段接高电平，一段接地，进行清零控制。总电路图总电路图仿真（2小时）总电路图仿真（30秒进行中）总电路图仿真（30秒未完切换）第四节 总电路的安装与调试1、调试步骤：步骤一：检查仿真图是否完全打到设计要求；步骤二：对仿真图进行进一步改造，把单个的逻辑门都用相应芯片想接连。将试图重叠的线摆正。将高电平归总，接地端归总为一个电源和接地端（最好用红线表示接高电平，蓝线表示接地以方便接线）；步骤三：联接2小时模块电路，注意各接线端对应实际芯片管脚。特别注意悬空管脚本应该对应的电平。联接好后给以脉冲信号，对模块进行调试，使其能正常运行；步骤四：联接30秒倒计时电路，注意各接线端对应实际芯片管脚。特别注意悬空管脚本应该对应的电平。联接好后给以脉冲信号，对模块进行调试，使其能正常运行；步骤五：将2小时计时电路与30秒倒计时电路相连。实现两者的制约关系。接好后给以脉冲信号，对两模块进行调试，使其能正常运行；步骤六：联接控制电路，实现清零、暂停、启动、切换选手、状态显示、报警等功能；步骤七：整体运行，检查是否能如仿真实现各项功能，对不能实现的功能加以修正，对没实现的更能加以补充。2、实物接线图： （2小时进行中） （2小时完切换30秒） （30秒计时） （清零）第五节 故障检查和分析及解决方案1、故障类型：故障一：2小时计时接好后，发现只有秒计时的第一次循环正常，其他会出现乱码。分析：在实际电路中如果管脚悬空，会随机产生信号，第一次循环是启动电路开始，在一次循环后置数端得到信号，但是置数输入端除接高电平管脚外，其他都悬空，出现随机置数现象，导致乱码。解决方案：将所有悬空的默认管脚都接到低电平。故障二：整个电路接好线后，发现某些功能不能正常运行，或者时而可以时而不可以，或者需要用手碰着某处才可以运行。分析：这是明显的接触不良的症状，用手轻轻压实现该功能的芯片，看是否有松动。用镊子碰实现该功能的芯片、开关，看是否能恢复正常。解决方案：找出接触不良点，对其进行加固，或者替换。故障三：30秒倒计时不能正常切换。分析：在单个30秒倒计时模块的设计里面不包括切换选手功能，切换选手功能是在控制电路里面实现的。主要实现芯片是74LS112和74LS08。解决方案：对切换功能进行信号跟踪，将一个发光二极管用线连接，用镊子夹住未连端，点触信号传输路径，检验是否符合理论电平值，查处问题所在处，进行改正。第六节 心得与体会“细节决定成败”。数字电子技术课程设计就是这样的一种注重细节的的课程设计。就像是一艘船，只有每个螺钉都稳固了才能劈浪远航。这个设计，我经历了从一无所知无所适从，到有点眉目去无从下手，到开始动手错误百出，到开始专研万千疑惑山穷水尽，再到寻寻觅觅为求一点明悟，最后无数柳暗花明汇集成一片空明，原来也不过如此罢了。我是很喜欢数电这门功课的，以前学的也不错。在做课程设计的时候是摩拳擦掌想大干一场，但是从分到课题开始就一直眉头紧缩，我所适从。晃荡到图书馆借相关书籍，但是却早已被人捷足先登，留给我的只有更多疑惑和黯然神伤。回到宿舍，便开始上网查资料，翻阅以前学过的资料，貌似找到了怎么下手，却不知道从何处下手，最后发现自己对Mulitism仿真软件都不很熟悉，任务又那么重，一时都有放弃的想法。但是陈老师不会让我放弃的，或者说陈老师不会给我放弃的理由的，而我自己也没找到足够让自己放弃的理由。所以硬着头皮继续下去。搞了整整一个下午，尽管错误百出，却也勉强能用好Mulitism仿真软件了。接下来据着手设计整体框架。经过三天的费尽心力，“不择手段”，终于弄出了整个电路图。感慨也罢，幸福也罢，我却只是淡然回顾以往，继续接下来的征途。接线差点让我崩溃了。我和我的搭档总共接了3次线，从开始只能装了不行再拆，到装好不行碰运气乱动，到装好不行试着找模块，找问题，到最后完全掌握怎么去检查故障，分析故障，排除故障。我们不断努力，不断探索，不断总结。把握好每一个细节，接好每一根线，检查好每一个芯片的好坏，是整个电路能否实现它功能的关键，也是一个人能否实现自我价值的关键。认认真真，仔仔细细做好每一件你应该做的事，你就会有意外的惊喜。在失败时不要烦躁，一颗平常的心去对待困难才能左右困难，解决问题，不然就只能被困难左右。每次我们接线失败后我们总是让搭档去拆掉重接，而自己就流出时间总结、反省，找出问题所在，已避免问题再次出现。可以这样说，如果我们一开始就已做后的心态与方法去接电路，就算没有经验，但是我们一次成功，可是事实却不是如此。所以做什么事情都是要摆正好心态，用对方法才能高效完成。从这次设计，我也看到了自身的一些亟待解决的问题，就快要踏入这个社会，我们从是的岗位很有可能就是这样的研发课题，对个人的能力要求较高，需要各方面素质动很好。这次课程设计，给了自己一个平台，也给了一次锻炼机会，确实受益颇多。但还是需要自己主动寻求这样的机会，来锻炼自己，以实现自我价值。附录1) 74LS192管脚图7-1 74LS192管脚74LS192真值表2) 74LS112管脚图7-2 74LS112管脚74LS112真值表3) 74LS04管脚图7-3 74LS04管脚74LS04真值表4) 74LS08管脚图7-4 74LS08管脚74LS