24秒倒计时器设计.docx
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24秒倒计时器设计
中北大学
课程设计说明书
学生姓名：
耿晓宇学号：
0805014103
学院：
信息与通信工程学院
专业：
电子信息科学与技术
题目：
篮球比赛24秒倒计时器设计
指导教师：
程耀瑜职称:
教授
李文强职称:
讲师
2011年1月6日
中北大学
课程设计任务书
2010/2011学年第一学期
学院：
信息与通信工程学院
专业：
电子信息科学与技术
学生姓名：
耿晓宇学号：
0805014103
课程设计题目：
篮球比赛24秒倒计时器设计
起迄日期：
12月26日～1月7日
课程设计地点：
中北大学
指导教师：
程耀瑜，李文强
系主任：
程耀瑜
下达任务书日期:
2010年12月26日
课程设计任务书
1．设计目的：
本课程设计主要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求，培养学生在查阅资料的基础上，进行实用电路设计、计算、仿真、调试等多个环节的综合能力，同时培养学生用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。
另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
（1）掌握24秒计时电路的设计、仿真与调试；
（2）掌握计时暂停、清零电路的设计、仿真与调试；
（3）掌握计时显示电路的设计、仿真与调试；
（4）掌握计时开始和计时终止报警电路的设计、仿真与调试；
（5）掌握方案设计与论证；
（6）掌握用相关软件进行电路图设计、仿真，以及对仿真结果的分析、总结；
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；
（2）提供用Protel99设计的电路原理图，也可给出印刷板电路图；
（3）提供用Multisim、MaxPluss、Proteus等其他软件对电路的仿真结果与分析；
（4）提供符合规定要求的课程设计说明书；
（5）提供参考文献不少于三篇，且必须是相关的参考文献；
课程设计任务书
4．主要参考文献：
（1）阎石.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社，1998；
（2）王远.模拟电子技术.北京：
机械工业出版社，2001；
（3）陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：
机械工业出版社，2003；
（4）毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：
机械工业出版社，2006；
（5）刘天旺.Protel99SE电路设计应用教程.北京：
电子工业出版社出版，2007；
5．设计成果形式及要求：
（1）电路原理图，仿真结果；
（2）课程设计说明书；
6．工作计划及进度：
2010年12月26日～12月28日：
分析课程设计任务书，查找资料，初步确定方案；
12月29日～12月30日：
论证、确定方案；
12月31日～2011年1月4日：
电路设计、计算、仿真，并完善设计与方案；
2011年1月5日～1月6日：
整理资料，书写课程设计说明书；
1月7日：
答辩，提交课程设计说明书。
系主任审查意见：
签字：
年月日
目录
一、设计要求···············································1
1、计时暂停、复位电路的设计···································1
2、计时显示电路的设计·········································1
3、计时开始和计时终止报警电路的设计···························1
二、篮球比赛24秒倒计时器工作原理··························1
1、电路组成···················································1
2、工作原理···················································2
三、电路设计···············································2
1、秒脉冲发生器设计···········································2
2、显示电路设计···············································2
3、计数及控制电路设计·········································3
4、报警电路设计···············································4
5、总电路设计·················································4
四、仿真及调试结果·········································6
五、课程设计体会···········································8
六、学习心得···············································9
七、附录···················································10
1、附录一（主要参考文献）······································10
2、附录二（元件清单）··········································11
一、设计要求
1、计时暂停、复位电路的设计
计时器有一个控制开关实现“暂停/继续”功能，有一个手动复位开关实现“手动复位”功能。
2、计时显示电路的设计
计时器有显示器，能够反映计时器的工作状态。
3、计时开始和计时终止报警电路的设计
计时器计时开始和终止（犯规）时警报声响起且有警报显示。
二、篮球比赛24秒倒计时器工作原理
1、电路组成
计时器由秒脉冲发生器、计数器、显示器、控制电路和报警电路组成。
2、工作原理
打开计时器电源，计时器显示24，打开“启动”开关后计时器开始计时。
秒脉冲发生器发出周期为一秒的方波信号，信号传输到计数器，使计数器每秒递减一次，同时显示器每秒示数减一，计数期间可进行“暂停/继续”和“复位”操作，当计数器由00变为24时计时终止，计时器报警。
三、电路设计
1、秒脉冲发生器设计
秒脉冲发生器是由555定时器构成
的多谐振荡器，要求T≈1S，根据公式
T＝tw1＋tw2，
tw1＝0.7*（R1＋R2）*C，
tw2＝0.7*R2*C
可计算出电阻和电容值
R1=15K
R2=68K
C=10uF
2、显示电路设计
将两个显示器分别连在两片74LS192芯片的输出端，构成显示电路。
3、计数及控制电路设计
将U2（十位计数器）、U4（个位计数器）的置数数据输入端分别接成0010、0100，即24进制计数器的初态，秒脉冲发生器的输出端接到U4的DOWN输入端，U4的借位输出端BO接到U2的DOWN输入端，由此可用整体反馈置数法构成24进制计数器的计数电路。
①开关J3A为电源总开关，闭合后让计数器置数到24。
②开关J1一端接地，另一端接到U8A，开通电源后，J1闭合时U8A输出低电平，打破置数状态，计数器开始计数，从而J1实现“启动”功能。
③开关J4A一端接地，另一端通过电阻R3接两片192芯片的置数端，当开关闭合时满足置数条件，从而实现“手动复位”功能。
④开关J2一端接地，另一端接555定时器的THR和TRI端，当J2闭合时THR和TRI为0，此时555定时器输出为稳定的高电平，无上升沿输出，因而计数器暂停工作，J2断开时秒脉冲发生器和计数器正常工作，从而J2实现“暂停/继续”功能。
⑤将U2、U4的QD端接到与非门U3A上，与非门的输出通过U7A和U8A接到两片192芯片的置数端，当显示器显示00且开关J1断开时，下一个脉冲使得U8A输出低电平，此时计数终止且显示24。
4、报警电路设计
由电阻R2、发光二极管和蜂鸣器组成报警电路，蜂鸣器一端接高电平，另一端接到U8A的输出端，当U8A输出低电平即计时终止时报警电路导通，计时器报警。
5、总电路设计
篮球比赛24秒倒计时器Multisim仿真原理图
篮球比赛24秒倒计时器Protel原理图
四、仿真及调试结果
打开电源开关J3A后显示器显示24
闭合“启动”开关J1（自动断开）计时器开始计时
闭合“暂停/继续”开关J2计时暂停断开后计时继续
闭合“手动复位”开关J4A后计时器复位
计时终止（犯规）计时器报警
五、课程设计体会
为期两周的课程设计很快就要结束了。
由于这次课程设计的题目“24秒篮球倒计时器”不是很难，所以我们三个人选择自主完成，然后通过讨论选择最优的方案。
通过本次课程设计增强了自己的动手能力，也增强了自己解决实际问题的勇气和能力，真正的实现了将理论运用于实际，通过自主学习解决实际问题。
在以前的电子工艺实习中学习过Multism和Protel99SE软件的使用，但那时对其中的很多功能还不了解，通过自主学习以及上网查找资料对Mulisim仿真软件的使用以及Protel99SE原理电路的设计方法有了更加深刻的理解。
通过这次课程设计学习到了如何查找资料以及自主学习知识的方法，达到了预期的课程设计要求。
六、学习心得
在这次课程设计当中，主要学习到了Multism仿真软件的使用和Protel99SE原理电路图的设计。
在实际的电路设计当中遇到了很多的实际与理论有差距的问题。
在24秒倒计时的电路设计当中用到了数字电路当中的555定时器构成的脉冲发生器，以及用74LS192芯片组成的24进制递减电路的设计原理。
在其中控制电路和报警电路我们通过查找资料巧妙地应用了与非门来实现控制电路。
在设计当中我们一直进行调试，由于一直会出错，当显示器出现00的时候再进行递减就变为了99，这是不符合的设计要求的。
我们又通过探索其他的方法，最后寻找到一种方法就是在总电路中设置电源总开关。
通过设置电源总开关很好的解决了这个问题。
另外的一个问题就是在实际设计555定时器构成的脉冲发生器的时候，由实际原理计算的参数在实际当中不能满足周期为一秒的条件，在这个过程当中通过修改参数，最终调试出每一秒显示器递减一位。
从中也明白了理论和实际是存在着很大的差别的，理论是一个指引的方法和思路，实际问题的解决需要通过实际的尝试才能得到解决。
在整个学习过程当中自己收获很大的就是Protel99SE原理图的设计。
在Protel99SE原理图的设计当中我们学习会了一种总线的设计方法，通过利用相同的网路标号实现电路的连接。
这种方法既简单明了又节省空间。
其中我们三个人也一起总结了Protel99SE的电路原理图的设计过程：
第一，创建设计数据库文件。
第二，设计电路原理图。
第三，生成网络表。
第四，设计印制电路板。
课程设计当中我收获了很多，不仅仅是在这个过程中的付出，还有收获的成就感。
课程设计当中我们不仅很好的完成了任务，在这个过程当中也激发了自己积极探索，不断解决实际问题的兴趣，在以后的学习当中要将理论应用于实际，不断进行理论和实际的结合。
七、附录
附录一（主要参考文献）
（6）阎石.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社，1998；
（7）王远.模拟电子技术.北京：
机械工业出版社，2001；
（8）陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：
机械工业出版社，2003；
（9）毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：
机械工业出版社，2006；
（10）刘天旺.Protel99SE电路设计应用教程.北京：
电子工业出版社出版，2007；
附录二（元件清单）
原件名称
数量/个
1.5欧电阻
1
3.7k欧电阻
1
4.7k欧电阻
1
8k欧电阻
1
15k欧电阻
1
1uF电容
1
0.01uF电容
1
74LS00
3
开关
4
发光二极管
1
蜂鸣器（5V）
1
74LS192计数器
2
数码显示器
2
LM555CM定时器
1
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