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1、信电学院课程设计说明书（2011 /2012学年第二学期）课程名称： 电子技术课程设计 题 目： 篮球30秒倒数计时器 专业班级： 自动化3班 学生姓名： 程江峰 学 号： 100410317 指导教师： 马志钢 设计周数： 两周 课设成绩： 2012年7月5日目录一、课程设计摘要-二、课程设计正文 1、课程设计任务与要求 2、方案设计（系统控制电路框图及说明） 3、元器件详细介绍 4、系统原理图、印制板图及其说明 5、安装、调试及性能测试与分析6、课程设计总结及心得 三、课程设计总结 四、附录（PCB图）五、参考文献一、课程设计摘要通过电子技术课程设计的综合训练，培养独立思考、分析问题、解决
2、问题的能力，培养工程实践能力、创新能力和综合设计能力。根据所学模拟电子技术、数字系统与逻辑设计的理论，对模拟电子线路、数字电子线路以及模拟与数字综合电子线路进行设计、安装与调试。定时电路是数字系统中的基本单元电路，它主要由计数器和振荡器组成。定时电路主要利用分立元件，中规模集成器件555定时器。用555定时器实现的定时电路主要应用单稳态触发器原理，实现定时器的功能。在实际工作中，定时器的应用场合很多，例如，篮球比赛规则中，队员持球时间不能超过30秒，就是定时电路的一种具体应用。篮球竞赛30秒定时器电路主要利用555定时器产生时钟脉冲，触发计数器进行从30至00倒计数，并将计数结果通过译码电路和
3、数码管显示，当计数器减至00时，报警电路进行报警。二、课程设计正文1、课程设计任务与要求 30秒计时功能，两位数字显示，计时间隔为1秒。完成硬件制作实现30秒减计数，每次减计时结束后，蜂鸣器报警提示，数码管显示00；电路需设置外部开关，可使定时器直接复位，并具有启动计时、暂停/连续计时功能。 2、方案设计（系统控制电路框图及说明）设计原理框图： 30秒定时器电路的原理框图由图2.1可知，30秒定时电路主要由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助控制电路五部分组成。其中，秒脉冲发生器和计数器是系统的主要组成部分。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，是整个定时电路的动力基
4、础，采用555集成电路组成的多谐振荡器构成。计数器完成30秒计时功能，而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，译码显示电路完成计时显示功能、报警电路完成定时时间到报警功能。本设计的秒脉冲发生器采用555集成电路，计数器采用两片74LS192芯片组成30进制递减计数器，译码显示电路用CD4511进行译码和共阴极七段数码管显示器组成，报警电路在设计中用发光二极管和蜂鸣器组成。3、元器件介绍 元器件详单元件名型号数量555定时器5551计数器74LS1922译码器CD45112七段共阴极数码管2发光二极管1蜂鸣器1开关2电容2电阻6.8K1电阻68K2电阻10015电阻010电
5、阻10K2三极管855012输入四与门74LS0814、系统原理图、印制板图及其说明一、单元电路分析根据设计思路和原理框图，对各个单元电路进行分析，逐次设计出各个单元电路。1、秒脉冲发生器（1）555定时器电路的基本原理555定时器内部结构图如图所示。555定时器内部结构图由图可以看出，555内部结构包括两个电压比较器C1和C2，一个基本RS触发器和一个集电极开路的放电三极管TD三部分构成。VI1是比较器C1的反相输入端，也称阈值端，用TH表示。VI2是比较器C2的同相输入端，也称触发端，用TR表示。VR1和VR2是C1和C2的基准电压，VCO是控制电压输入端，当VCO悬空时，VR1=2/3V
6、CC，VR2= 1/3VCC。若VCO接固定电压时，VR1=VCO， VR2=1/2VCO 。/RD是清零端，当/RD=0时，VO=0；当/RD=1时，电路处于工作状态。555定时器的逻辑功能主要取决于比较器C1、C2的工作状态，分析如下，在无外加控制电压VCO的情况下：1、当VI1VR1，VI2VR2时，比较器输出VCl=0，VC2=1，触发器置0，使得定时器输出VO=0，同时TD导通。2、当VI1VR1，VI2VR2时，比较器输出VC1=1，VC2=0，触发器置1，使得定时器输出VO=1，同时TD截止。3、当VI1VR2时，比较器输出VCl=1，VC2=1，触发器维持原状态不变。555集成
7、定时器功能真值表 （2）秒脉冲发生器电路设计图中OUT引脚为输出端，即由555产生的1HZ脉冲又此输出至CD4511输入端。接通电源后，电容C被充电，当VC上升到2VCC3时，使V0为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R23和T放电，VC下降。当VC下降到VCC3时，V0翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为t= R23Cln20.7 R23C 当放电结束时，T截止，VCC将通过R11、R23向电容C充电，由VCC3上升到2VCC3所需的时间为 t=( R11+ R23) Cln20.7 (R11+R23)C当VC上升到2VCC3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输
8、出端就得到一个周期性的矩形波。 由上可得计算公式为：T=0.7 (R11+2R23)C，根据计算得，R11=47K，R23=51K，C=10F。2、计数器电路计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制可编程同步加/减计数器，它采用8421码二一十进制编码，并具有直接清零、置数、加/减计数功能。74LS192的真值表如表所示。 74LS192真值表74LS192引脚图如下： CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：000
9、0状态后负脉冲输出。74LS192功能表如下：（1）74LS192的工作原理当/LD= 1，CR=0时，若时钟脉冲加入到CPu端，且CPd=l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；若时钟脉冲加入到端CPd，且CPu=1，则计数器在预置数基础上完成减计数功能，当计数减到0时，/BO端发出借位跳变脉冲。由74LS192构成的三十进制递减计数器如图所示。三十进制递减计数器图中CPU、CPD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。/LD是异步并行置数控制端（低电平有效）。/CO、/BO分别是进位、借位输出端（低电平有效）。CR是异步清零端，D3
10、D0是并行数据输入端，Q3Q0是输出端。74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。（2）计数器单元电路74LS192的计数原理是：只有当借位/BO1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，且CPd为0时，置数/LD2端等于0，计数器完成并行置数，在CPd端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。计数器单元电路如图所示。计数器单元电路该电路图上的两个74192的QA、QB、QC、QD端分别接译码器4511的ABCD端作为译码输入，计数器预置数为30，但计数器减为00时，高位的计数器/BO端输出报警信号报警电路报警。 3、译码显示电路 CD4511是一个用
11、于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字
12、形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 图3是 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电阻。CD4511引脚图如下：其功能介绍如下： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，
13、不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚图如3-2所示。 各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、
14、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。4511管脚排列图输 入输 出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐011000011111100011000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111
15、11801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐0111111000000消隐111XXXX锁 存锁存CD 4511的真值表4、数码管共阴数码管内部结构常见数码管的内部结构大体分为两类，一是共阴极，二是共阳极。共阴就是将数码管内部LED的阴极接到一起并接低电平，如图5.4所示。 共阴极数码管内部结构5、清零工作电路清零/工作电路如图所示。清零/工作电路清零/工作电路由单刀双掷开关与电阻组成。当开关打到清零端，即接高电平时，输出高电平至74192的C
16、LR端，计数器清零；当开关打到工作端，即接地，输出低电平至74192的CLR端，清零端无效，计数器处在工作状态。6、暂停工作电路暂停/工作辅助电路是由两个与门组成，当开关打到暂停端，触发器输出0，与555定时器输出的时钟脉冲一起通过与门，使得555定时器输出脉冲不能通过与非门，输出为低电平至74LS192的CPD端，令计数器停止工作；当开关打到工作端，触发器输出为1，与/BO端输出的高电平和555定时器输出的时钟脉冲一起通过与非门，使得555定时器输出脉冲通过与非门，将脉冲送74LS192的CPD端，触发计数器工作。7、报警电路报警电路用二极管设计。报警电路如图所示。报警单元电路D1接/BO端
17、，R14接电源，当计数器74192倒计数减为0时，/BO输出低电平，发光二级管导通，发光报警。二、总电路图将以上各单元电路组合, 得篮球竞赛30秒定时器电路如图所示。由555组成的秒脉冲发生器发出频率为1HZ脉冲，该脉冲经由与门送至由两片74LS192组成的30进制减法计数器，计数器的计数结果送至由两个CD4511组成的译码器，译码结果送至七段共阴极数码管并有其显示。计数器递减至00时，发出报警信号，LED点亮，蜂鸣器报警。按下开关键“S1”则暂停。开关“S2”预置清零。 三、制作过程（1）制板a 裁板b 转印c 腐蚀：采用过硫酸钠与水配制成的1：3的溶液，把板子放溶液里浸泡半小时左右，用清水
18、冲洗。d打眼e用去污粉把板表面覆盖物擦掉，由于板面的铜线在空气中放置易氧化变黑，刷一层松香水起保护作用，然后晾干(2)安装与焊接a 安装时注意电容与电阻要保持横平竖直的原则；疏密的布局；先安装不重要的元件b 安装电阻时可采用卧装，适用于小功率，并且抗震c 安装时注意各个器件的管脚，正负极插正确d 焊接中的烙铁采用内热式e 修理工具：烙铁头易被氧化，氧化层用砂纸磨掉，擦完隔热层后打光。当烙铁加热到刚开始变紫时，镀锡，然后蘸松香水，保护烙铁头不被氧化。f 烙铁头成坡面增大焊接面积5、安装、调试及性能测试与分析 一般分静态调试与动态调试两大内容，围绕设计要求中的各项指标进行（一）主要的仪器和仪表 测
19、试使用的主要仪器和仪表是万用表。（二）调试 1、先进行单元电路调试。（1）先用肉眼观察各焊点是否焊好，有无虚焊、断线的地方。（2）静态测试主要是利用万用表测试各元器件间的正负极是否正确，各条线路是否导通。（3）动态测试时给电路给电检查线路，测试各器件是否正常工作，如用手背测试元器件温度。（4）接入电源，使电路开始工作，检查是否正常工作，看其是否能按设计方案工作。（5）检查清除电路是否有效。2、进行整体调试接入电源，检查电路是否正常工作，检查数码显示器是否正常显示预置及是否进行减计数。有不正常之处要一一改正。到此整个倒计时系统电路已完成设计和实验模拟实现起功能之目的。 调试中出现的故障，原因及排
20、除方法有的电阻焊接为虚焊，原因是检查发生漏洞，排除方法：继续焊接。还可能产生元件正负极接反得情况，排除方法：把元件拆下重新焊接。三、课程设计总结及心得过这两个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。 这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务。例如我们是做篮球倒数计时器的，首先我们把整个电路分成了四部分，大家各自分工每个人负责一个模块的了解研究，接着大家一起讨论、查阅资料、搭建各个模块的电路图。
21、在这次课程设计中我了解到一个人的力量事渺小的，没有大家的共同努力事根本不可能画出图的，而且在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经PCB图的成功而高兴。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和团队人员这十几天的一起工作的日子，让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不
22、上这十来天的实习，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。这次实践对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！最后，衷心的感谢帮助过我们的指导老师，谢谢他们对我们热情细致的解答说明，也要谢谢同学们的帮助，没有他们根本不可能有今天的成果！四、附录（PCB图）五、参考文献1康华光.电子技术基础.高等教育出版社.2002.2宋春荣.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社.1995.3赵保经.中国集成电路大全.国防工业出版社.1985.4赵淑范.电子技术实验与课程设计.清华大学出版社.2006.5杨志忠.电子技术课程设计.机械工业出版社.2008.6谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中理工大学出版社.2003.7赵志杰.集成电路应用识图方法.机械工业出版社.2003.8张庆双.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社.2003.9童本敏.TTL集成电路.电子工业出版社.1985.课程设计评 语课程设计成 绩指导教师（签字） 年 月 日19 / 19文档可自由编辑打印