电子课程设计报告
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中国石油大学（北京）
电子技术课程设计报告
课题名称：篮球30秒计时器
学生：班级：学号：
指导教师：
报告完成日期：2011年7月8日
内容摘要：
计时器自古以来就是人类不可或缺的生活生产的工具。
我国古代人类就开始利用日晷或铜漏之类的工具来计时。
本课程要求设计的篮球计时器便是计时器的典型应用。
设计要求对队员的持球时间进行了限制。
即当队员的持球时间超过了30秒，则它自动报警从而判定队员犯规。
本设计主要是显示30秒倒计时功能，通过外部开关控制启动和置数，暂停和连续。
且当时间倒计显示为0时，电路开始报警，报警时间为3秒。
该课程设计是我们所学的数字电路在实际生活中的应用。
通过555定时器构成多谐振荡电路产生时钟脉冲信号，作为记时的输入信号。
用74ls192作为计数器，通过4511BD对输入的8421BCD码进行译码，并对显示管驱动显示。
倒计时结束时光电二极管亮起，通过74LS160控制其亮起的时间。
电路电路和外部开关控制其启动置数，暂停清零。
一、设计要求
1．设计一个30秒计时器显示报警系统。
2．设置外部操作开关，用来控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能。
3．要求电路启动后开始倒计时，计时间隔为1s，倒计时至0秒时，电路发出光电报警。
报警声持续3S。
4．要求显示计时时间，计时时间到，显示器不能灭灯。
5．555定时器产生频率为1kHz的脉冲信号，经多级分频产生周期为1s的信号，作为计数器的时钟脉冲。
二、系统总体方案设计
通过电源电路给所需器件供电，设置输入脉冲信号作为计时的时钟脉冲信号，其周期为1秒，计数电路对输入信号计数，
且最后通过数码显示管显示倒计时。
可用光电二极管或蜂鸣器作为报警信号，设置一个定时电路控制报警的时间。
（一）设计方案1
555定时器构成多谐振荡电路产生时钟脉冲信号，以此作为计时的输入信号。
通过设置555定时器的参数，使其输出信号的周期为1秒。
将输出信号通过计数器74ls192
进行计数。
信号通过计数器所得的8421BCD码通过驱动译码器4511BD进行译码显示，在LED七段显示数码管里得以显示。
使用光电二极管模拟报警器，当倒计时结束时，二极管亮起。
用74ls160对报警其进行3秒定时。
外部电路控制启动置数，暂停连续。
各部分电路功能如下：
控制电路：两部分的控制功能，第一部分控制电路的启动和置数，第二部分控制电路的暂停和连续。
脉冲产生电路：设置555的参数，使其输出周期为1秒的时钟脉冲信号。
计数电路：74ls192对输入的时钟脉冲信号计数。
译码显示电路：4511BD启动译码显示。
定时报警电路：光电二极管作为模拟报警器，74ls160对其进行定时控制。
（二）设计方案2
与方案一大体相同，但在控制延时光电报警电路改用74ls190，在数码显示管上不使用驱动译码器，直接连接4段数码显示管。
（二）系统总体方案选择及系统原理框图
方案一相比于方案二稍微复杂，但方案二在数码显示上不够稳定。
考虑到电路的可操作性和实用性，且易于实现其功能，决定采用方案一。
系统框图如下：
三、单元电路设计
1.控制电路
1）如下图所示,开关J1控制电路的启动和清零。
即当复位清零引脚介入高电平时，
电路启动，当复位清零段接地，即接低电平时，计时电路清零。
2）电路暂停和连续的控制
设计电路中通过开关控制输入的秒脉冲信号的与否来控制计数的连续与暂停，如下图所示，当开关J1接高电平时，555的秒脉冲信号输入计数器，即计数器开始计数，当接入低电平时，三与门输出为零，即555的秒脉冲信号没有输入电路，即此时电路计时暂停。
通过双掷开关介入的高低电平来控制计数的连续与暂停。
2.秒脉冲发生器
555秒脉冲产生器，其中R1=150Ω，R2=680Ω，C1=10nF,C2=10μF
输出波形周期T=（R1+2R）C2 ln2=(150+680×2)×10×10-3 ×0.68=1.046s
3.计数器
实验中，我们选取的计数器是同步加/减计数器74LS192。
它是双时钟同步可逆计数
器，是8421BCD码计数，其详细引脚图及功能表如下：
74ls192引脚图
表3.3.1 74LS192功能表
U D
D3﹑D2﹑D1﹑D0DO都是计数器预置数输入端，Q3﹑Q2﹑Q1﹑Q0都是数据输出端，另外，C0是非同步进位输出端，BO是非同步借位端输出端。
设计的计数电路如下图所示：
4.译码器
由于所用的仿真软件Multisim里没有译码驱动器74ls48，所以用4511BD替换其功能。
4511的引脚图如下图所示：
CD4511是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD 码—七段码译码器，特点如下：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。
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。
可直接驱动LED显示器。
LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据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。
其与显示器链接的电路如下图所示：
5.报警电路及定时电路
课程设计中要求当三十秒倒计时结束时，电路报警。
即此时光电二极管亮起。
报警时间持续三秒。
如下图所示：当计数减至0时，向前借位，此时BO由高电平变为低电平，发光二极管导通，定时的倒计时开始。
当计时到三时，ENT变为低电平，此时发光二极管不起作用。
即通过下图电路可实现定时的任务。
6.分频电路
千分频电路如下图所示：
三、系统总体电路
置
数
暂停连续
四、系统仿真及实现
（一）Multisim仿真过程
（二）Protel原理图绘制
（三）PCB制板
对电路原理图检查无误后，修改其footprint值，使之符合要求，新建PCB文档，设直线型后，自动布局。
3D图正面：
3D图背面：
五、元器件清单
主要元件清单：
六、参考文献
1、康华光．电子技术基础（第五版）．北京：高等教育出版社，2006．
2、赵广林．Protel 99SE电路设计与制版．北京：电子工业出版社，2009．
七、设计总结
本次课程设计主要是运用课堂上所学到的数字电路的基础知识，来设计具有实际应用价值的篮球30秒倒计时电路，并设置了报警信号。
该实验的实验原理比较简单，主要借助于模拟仿真软件Multisim2001来对所涉及的电路进行校验。
看自己所设计的电路是否能够实现其功能。
仿真模拟使用的BCD-7段译码器/驱动器为4511BD（主要是受仿真版本的限制，没有找到所熟悉的74ls48）。
在连接这部分的电路应当注意4511BD管脚的接法。
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。
可直接驱动LED显示器。
LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示。
设计中我们通过设置555定时器作为输入的秒脉冲信号。
其输出信号周期T=（R1+2R2）C ln2,设置参数的值，是输出的周期为1秒。
在实验的设计过程中，鉴于各部分电路需要实现的功能很明确。
于是采用电路设计的模块化方法，各部分电路分开设计和测试。
在各部分电路调试无误后，最后将各部分电路整合到一块，对最终电路调试。
由于平时对Multisim软件接触较多，在对该软件的使用上比较熟练。
而对于课程
设计要求的protel原理图和PCB制版过程，感到比较棘手。
对于电路的准确度有进一步的提升，并非Multisim仿真成功就能很简单的PCB制版，这也体现了理论到实践差距。
个人在PCB制版的遇到了较多问题，主要是对软件的不够熟练。
在元件的封装过程中可以直接添加元件库，也可以手动修改封装参数。
对线型进行设置后（与地和电源相连的线要适当加粗），将原件在电器框内排好版后便可进行自动布局，制版完成，可查看其3D图。
在整个设计过程中，学会了很多，也进一步拉近了课本知识与实际应用的距离。
更多的是学到了很多实用的东西。
比如制版过程中，学会了解决电路中常见的小问题，也更加深了自己对电路板的认识。
