棋类竞赛计时钟电路.docx
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棋类竞赛计时钟电路
湖南工程学院
课程设计
课程名称数字电子技术
课题名称棋类竞赛计时钟电路
专业自动化
班级
学号
姓名
指导教师龙泳涛
2011年12月3日
课程设计任务书
课程名称：
数字电子技术
题目：
棋类竞赛计时钟电路
专业班级自动化0902班
学生姓名：
夏长得学号：
11
指导老师：
龙泳涛
审批：
任务书下达日期2011年11月25日
设计完成日期2011年11月3日
设计内容与设计要求
一、任务与要求：
设计并制作一个棋类竞赛计时钟电路，要求如下：
1.该计时钟可分别完成甲乙对规定用时的计时和规定时间
用完后的读秒计时；
2.规定甲乙双方各有2小时比赛规定用时，分别设计各方
的用时定时器，并用数码管显示各方已用的时、分从0：
00～1：
59计时间隔为1S；
3.2小时规定时间用完后，每方限定在30秒内必须下出一步棋，此时定时器将完成对读秒时间的30S倒计时，并数码管显示此时过程30～00。
若计时到零，则发生警报信号该方超时负。
4.各定时器设置计时暂停/继续键，在规定时间计时时，该键的作用为暂停本方计时，并继续对方计时；在读秒时间计时时，该键的作用为复位本方计时起始点29S，并启动对方定时器。
5.设置系统复位键，比赛结束时，按该键使各方的定时器均复位到规定时间的零点0：
00，以便重新开始比赛。
二、设计要求：
1、设计思路清晰，给出整体设计框图；
2、设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；
3、总电路设计；
4、安装调试电路；
5、写出设计报告；
主要设计条件
1.提供直流稳压电源、示波器；
2.提供TTL或CMOS集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。
说明书格式
1、课程设计封面；
2、课程设计任务书；
3、说明书目录；
4、设计总体思路，基本原理和框图；
5、单元电路设计（各单元电路图）；
6、总电路设计（总电路图）；
7、安装、调试步骤；
8、故障分析与电路改进；
9、总结与设计调试体会；
10、附录（元器件清单）；
11、参考文献；
12、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：
电路仿真,修改方案
星期四：
确定设计方案，拟订调试方案,画出
调试电路图,安装电路；
星期五：
安装、调试电路；
第二周星期一~三：
安装、调试电路；
星期四~五：
验收电路,写设计报告，打印相关
图纸；
星期五下午：
带调试电路板及设计报告书进行答辩，整理实验室及其他事情
参考文献
《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编
《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。
课程设计任务书-----------------------------------------------------2
设计总体思路-------------------------------------------------------7
总体框架图---------------------------------------------------------8
单元电路设计-------------------------------------------------------9
总体电路设计-------------------------------------------------------10
总电路的安装及调试-------------------------------------------------11
故障分析检查及解决方案---------------------------------------------12
设计总结及心得-----------------------------------------------------13
附录---------------------------------------------------------------15
参考文献-----------------------------------------------------------17
课程设计评分表-----------------------------------------------------18
一、设计总体思路，基本原理和框图
总设计思路
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，
由于只采用了顺计时所以只用74LS160来计数。
2小时计数模块电路中包括两个十进制（秒钟的个位与十位、分钟的个位与
十位）与两个六进制（秒钟十位与分钟个位、分钟十位与时钟个位）两个基本进
制。
设计十进制时，可利用74LS160对上位进行信号输入；设计六进制的时候需要捕捉信号，这里采用74LS20（二—四输入与非门）
和74LS04（六输入反向器）同时完成下位信号捕捉与对上位信号输功能。
利用5
片74LS160构成十进制与六进制，再构造两个六十进制，最后两个六十进制构成
三千六百进制功能的2小时计时模块电路。
30秒顺计时模块电路与2小时顺计
时模块电路设计思路类似。
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秒顺
计时报警功能。
最后利用555芯片构造振荡器产生秒信号，为整个电路提供方波信号。
将各
功能相互有机联结起来，实现象棋竞赛计时器整体的全部功能。
在实现棋竞赛计时器整体功能的同时，这个象棋竞赛计时器设计里，还另增
加了暂停功能、棋手下棋状态显示功能等。
二、总体框架图
三、单元电路设计（各单元电路图）
2小时计时电路模块电路
2小时计时电路模块仿真图
30秒顺计时电路模块
30秒顺计时电路模块仿真图
三、总电路设计
四、总电路图的安装与调试步骤
步骤一：
检查仿真图是否完全打、达到设计要求；
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秒顺计时电路，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。
五、故障检查和分析以及解决方案
故障一：
2小时计时的显示器亮灯，但是接了脉冲信号后不跳的。
分析：
以上故障说明74LS160芯片已经给了74LS48信号，74LS192芯片接
地管脚和电源管脚没问题。
74LS160芯片要正常计数条件类似74LS161芯片：
1、
置数端接高电平；2、清零端接低电平；3、给它脉冲信号。
但是经资料查询发现
74LS160芯片正常工作还需要另外的条件：
当用加法计数时DOWN管脚需接高
电平；当用减法计数时UP管脚接高电平。
解决方案：
将DOWN管脚需接高电平。
故障二：
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：
由于在EWB仿真软件里的电路图中芯片的悬空是默认为低电平，而
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。
故障三：
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。
故障四：
30秒计时不能正常切换。
分析：
在单个30秒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。
六、设计总结和心得
经过两周的课程设计我明白了许多以前在课堂上无法明白的东西作为一个工科学生仅仅有丰富的理论知识是远远不够的，因为我们以后我们要进入社会，要进入工厂进行实践操作，也许很多东西在理论上是么有错误的但是在实际的电路中却难以得到我们想要的结果，所以要真正的成为一名合格的工程师我们不仅仅要学好理论知识，进行一定量的实际操作是非常必要的，这样我们以后的设计才能更加的贴近实际，更加具有课操作性
这个设计，从设计到整个电路的连线都是我一个人独立操作完成的，其中的酸甜苦辣一一经历。
我从开始的一无所知无所适从，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。
一开始就在网上找资料想从别人以前的设计中得到一点启发，但是却一无所获，因为那些电路连接太复杂了，根本就理不清。
留给我的只有更多疑惑和黯然神伤。
画图时居然发现自己对EWB仿真软件都不很熟悉，任务又那么重，
一时都有放弃的想法。
但是最后还是坚持下来了，因为我不愿意放弃，我不相信自己搞不出来，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EWB仿真软件了。
接下来
据着手设计整体框架。
在自己以往学过的记忆里找寻有关东西，发现原来可以这样用这个芯片业
可也那样用这个相同的芯片，再在EWB里去实践一下，很快几大模块就定好了。
但是让我郁闷的是在老师提供的清单里美有我设计所需要的芯片，而提供的芯片
我压根没学过。
一下头都大了。
这下开始在网上不断搜索资料，学习新的芯片怎
么用，然后到EWB里面去实践一下，这样一次一次疑惑，一次一次解惑，最后
发现自己学会了很多以前没见过的芯片的运用，而且可以默出管脚图。
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。
由于学校的面包板都是很久了，有很多的地方都是接触不良，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。
一步一步走过来，一步一步摸索，
从满怀希望，到有点失望，到不断失望，到彻底绝望，再从绝望中看到曙光，最
后柳暗花明。
就像是凤凰涅槃一样。
我们也有过想放弃，但是要成功的信念一直支撑我们不断努力，不断探索，
18
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。
最后经过自己的的坚持和努力终于把，这个电路接出来了。
其中的痛苦真的是其他人无法理解的。
尤其是经过一而再再二三的检查么有错误就是不出结果，当时真的连砸板子的心都有了，中间真的有很多次想放弃了，但是不服输的精神让我坚持下来了，最后也胜利了，虽然其中的路听坎坷的，但是我们还是完成任务了。
在这次的设计中真的受益匪浅啊。
七、附录
74LS041个74LS081个74LS202个74LS1607个
74LS04管脚
74LS04真值表
74LS08管脚
74LS160引脚图
图7-474LS08管脚
74LS20管脚
图7-574LS20管脚
八、参考文献
《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编
《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。
电气与信息工程系课程设计评分表
项目
评价
设计方案的合理性与创造性
硬件制作或软件编程完成情况*
硬件制作测试或软件调试结果*
设计说明书质量
设计图纸质量
答辩汇报的条理性和独特见解
答辩中对所提问题的回答情况
完成任务情况
独立工作能力
组织纪律性（出勤率）
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
注：
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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