电子技术课程设计报告-- 电子钟及篮球比赛24秒计时器设计.doc

课程设计任务书2012年 2013 学年第 1 学期 设计题目： 电子钟及篮球比赛24秒计时器设计 完成期限：自 2014 年 11 月 17 日至 2014 年 11 月 21 日共 1 周一、设计目的数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法，且由于数字钟包括组合逻辑电路和时序电路，通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。二、数字时钟设计要求（1）设计指标1、时间以24小时为一个周期；2、显示时、分、秒；3、具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；4、计时过程具有报时功能，当时间的分钟数为你的学号的最后2位时进行灯光报时；5、脉冲信号由555震荡电路提供，选择合适的元件参数。（2）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图）；2、元器件及参数选择；3、列出实验数据和时序波形；4、电路仿真与调试（用EWB软件）。（3）编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。三、篮球比赛24秒计时器（1）设计指标1、具有24秒计时功能；2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；3、在直接清零时，要求数码显示器灭灯；4、计时器为24秒递减时,计时间隔为1秒；5、计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号；6、将24秒递减计时器改为24秒递增计时器，试问电路要作哪些相应的改动。（2）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图）；2、元器件及参数选择；3、列出实验数据和时序波形；4、电路仿真与调试（用EWB软件）。（3）编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。三、设计工作量电子钟电路设计说明书一份；电子钟电路原理图一份；篮球比赛24秒计时器设计说明书一份；篮球比赛24秒计时器原理图一份；进度安排起止日期工作内容2014.11.17讲授设计的一般步骤和方法、设计的要求、布置设计题目。2014.11.18-2014.11.20学生进行设计2014.11.21学生修改、打印设计报告主要参考资料（1） 楼然苗 单片机课程设计指导（2） 何立明 单片机实验与实践教程（3） 童诗白 模拟电子技术基础指导教师（签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日电子钟设计设计目的及要求一、设计目的 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路，因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法，且由于数字钟包括组合逻辑电路和时序电路，通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。二、设计要求（1）设计指标1、时间以24小时为一个周期；2、显示时、分、秒；3、具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；4、计时过程具有报时功能，当时间的分钟数为你的学号的最后4位时进行灯光报时；5、脉冲信号由555震荡电路提供，选择合适的元件参数。（2）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图）；2、元器件及参数选择；3、列出实验数据和时序波形。4、电路仿真与调试（用EWB软件）；（3）编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。设计任务（应包括设计思路、选用芯片的说明、各个分电路说明、总电路说明、总电路图及仿真结果图）设计思路：本次设计电子钟是用555定时器组成的多谐振荡器发生脉冲信号作为信号源输出，再用6个74LS160芯片联结，加上一个与非门构成60进制加法计数器，这样就完成了秒的计时；同理，分，时也是如此，时钟为24进制计数，最后把他们联系在一起，通过数码管把数字显示出来。最后再加入一个报时电路和校时电路即可。选用芯片的说明：时间显示模块电路可以用一个555定时器和6个74160作为核心芯片，进行级联，再辅以若干逻辑门，完成进位、置零等功能。 各个分电路说明：1、振荡器电路：由555定时器组成的振荡器电路给数字钟提供一个频率为1Hz的方波信号。其中OUT为输出。2、时间计数器电路：分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求,时个位和时十位计数器为24进制计数器。3、分频器电路：通常情况下，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到1Hz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级二进制计数器来实现。例如，将32768Hz的振荡信号分频为1Hz的分频倍数为32768，即实现该分频功能的计数器相当于15级2进制计数器。 4，振荡器电路：利用555定时器组成的多谐振荡器接通电源后，电容C1被充电，当电压上升到一定数值时里面集成的三极管导通，然后通过电阻和三极管放电，不断的充放电从而产生一定周期的脉冲，通过改变电路上器件的值可以微调脉冲周期。 5、数字时钟的计数显示控制：在设计中，我们使用的是74LS160十进制计数器，来实现计数的功能，实验中主要用到了160的置数清零功能（特点：消耗一个时钟脉冲），清零功能（特点：不耗时钟脉冲），在上级160控制下级160时通过组合电路（主要利用与非门）实现，在连接电路的时候要注意并且强调使能端的连接，其将影响到整一个电路的是否工作总电路说明 数字电子钟由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照24翻1规律计数,计数器的输出分别经译码器送显示器显示,计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分。数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1Hz时间信号必须做到准确稳定。在此使用555振荡器组成1Hz的信号总电路图及仿真图元器件清单1.74160芯片6片 2.555定时器一个 3.LED灯 4.电容电阻若干 5.门若干 6.电源 设计总结是我入大学以来的第一次课程设计，虽然没什么经验，做出来的东西也似乎不那么尽人意，但这毕竟是我第一次通过自己的努力，完整地做出来了一件自己的作品。从中我也学到了很多在课堂上学不到的东西，对于原来所学的东西也得到了巩固和加深。通过这一周的单片机课程设计，我对通过单片机编程设计一个产品有了一些更深层的认识，比如产品及程序设计的“模块化”，以前只是在课堂上接触到了这些概念，但对它却没有什么深刻的认识，而通过这次的课程设计，我深切的感受到了“模块化设计”的必要必以及给整个作品的设计带来的便捷。同时对于仿真软件的编程能力也有了一定的提升。总之，我学这次实习对我们来说是一次很好的锻炼，对我们学的专业知识也有很大的巩固与提高，也为我们以后的毕业设计积累了宝贵的经验。 篮球比赛24秒计时器设计 设计目的及要求 本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛24秒计时器。此计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能，同时应用了七段数码管来显示时间。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的应用价值（1）设计指标1、具有24秒计时功能。2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能。3、在直接清零时，要求数码显示器灭灯。4、计时器为24秒递减时, 计时间隔为1秒。5、计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。6、将24秒递减计时器改为24秒递增计时器，试问电路要作哪些相应的改动。它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警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，而控制电路是控制计时器的直接清零、启动计数和暂停/连续计数、译码显示电路的显示和灭灯等功能。为保证系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系：1操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。2当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP（秒脉冲信号），同时计数器完成置数功能，数码显示器 显示24秒字样；当启动开关断开时，计数器开始计数。3当暂停/连续开关闭合时，控制电路封锁时钟信号CP，计数器处于锁存状态；当暂停/连续开关断开时，计数器继续累计计数。（2）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图）；2、元器件及参数选择；3、列出实验数据和时序波形。4、电路仿真与调试（用EWB软件）；设计任务（应包括设计思路、选用芯片的说明、各个分电路说明、总电路说明、总电路图及仿真结果图） 1设计思路：首先利用555定时器组成的多谐振荡器发生脉冲信号作为信号源输出，用两个74LS192芯片级联构成减计数器，置数端事先置24，通过与非门使其减到0时跳变到24；数字显示在七段发光二极管数码管上，它是通过译码器来实现的。时，在数码管上显示数字24，每当一个秒脉信号输入到计数器时，数码管上的数字就会自动减1，当计时器递减到零时，报警电路发出光电报警信号 2选用芯片说明:1.74LS192：同步十进制可逆计数器具有双时钟输入，可以执行十进制加法和减法计数，并具有清除、置数等功能。当清除端为高电平时，计数器直接清零，执行其他功能时，它置0.当CR为0，置数端LD非为0时，数据直接从置数端D,C,B,A置入计数器。而当LD非为1时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端DOWN接1，计数脉冲由加计数端UP输入，在计数脉冲上升沿进行8421编码的十进制加法计数。减计数时类似，反过来即可。2.74LS48:74LS48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。LT非端为测试端。在BI非/RBO非端接高电平的条件下，当LT非=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，ag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。RBI非端为灭零输入端。在RBI=1的条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出ag全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。但当输入A、B、C、D不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。RBO端为消隐输入端。该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端ag均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。另外，该端还有第二功能灭零信号输出端。当该位输入的A、B、C、D=0000时，此时输出低电平；若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。 3各分电路说明.1. 用555定时器组成的多谐振荡器产生1HZ的秒脉冲： 555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。R2又开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。振荡周期 T=0.7（Ra+2*Rb）C为了产生周期为1秒的脉冲，可以使 Ra=8.658 k Rb=2.886k C=100F秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。电路图如下图所示。当开关S断开时，555定时器产生周期为1s的脉冲；当开关S闭合时,电路不能输出信号，于是没有脉冲输入74LS192中，故74LS192在保持状态，即实现暂停功能。2.用两片74LS192芯片，构成24进制减法计数器： 右边芯片的DOWN端接计数脉冲，通过BO非端与左边芯片的DOWN端连接起来，两个芯片的VCC端、UP端接高电平即电源，GND端、CLR端接低电平即接地，计数时LOAD非端接高电平，置数时接低电平；置数时，不管UP和DOWN端状态如何，输出都等于四个输入DCBA。右边芯片的输入端DCBA=0110，左边芯片的输入端DCBA=0010；输出端分别接两个译码器的输入端口，这样整个分电路就能实现24进制倒计时功能，即按8421码递减计数，时间间隔为1秒，计到0时，会自动跳转到24. 3.用BCD七段显示译码器74LS48构成的译码显示电路：74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。内部上拉输出驱动，有效高电平输出，内部有升压电阻而无需外接电阻。七段数码管分共阴、共阳两种，其内部由发光二极管构成，内部有七个发光段，即a.b.c.d.e.f.g.在发光二极管两端加上适当的电压时，就会发光。根据74192芯片的4位输出作为7448的输入，经译码后由7根管子输出，0为暗，1为亮，在数码管上显示出不同的数字。4.其他控制开关： 暂停/连续开关：接在多谐振荡器与74192之间，原理很简单，断开开关即停止计数脉冲输出，计数自然停止；闭合后又会继续开始。5.警报装置：警报提示就是完成任一计时器计时结束时，系统给出提示。当电路由“00” 到“24”时，LED发光二极管亮，报警提示。 4总电路说明由555定时器输出秒脉冲输入到个位计数器DOWN端，作为减计数脉冲。当计数器计数计到0时，个位计数器BO脚输出借位脉冲使十位计数器开始计数。当计数器计数到“00”时应使计数器复位并置数“24”。本电路利用从“00”到“99”时，通过与非门，使电路置数到“24”并且保持该状态。由于“99”是一个过渡时期，不会显示出来，所以本电路采用“99”作为计数器复位脉冲。当计数器由“00”跳变到“99”时，利用个位和十位的“9”即“1001”通过与非门去触发Rs触发器使电路翻转，输出低电平 使计数器置数，并保持为“24”，同时LED发光二极管亮，即报警提示。按下space时，Rs触发器翻转输出高电平，计数器开始计数。若需要暂停时，按下s，振荡器停止振荡，使计数器保持不变，断开J3后，计数器继续计数。 (1)J1：手动复位按钮。当按下space时，不管计数器工作于什么状态，计数器立即复位到预置数值，即“24”。当松开K2时，