数字电路课程设计弹道设计

淮海工学院

课程设计报告书

课程名称：电子技术课程设计（二）题目：弹道计时器设计

系（院）： //////

学期： 2010-2011-1 专业班级： 88

姓名： 999999 学号： 555555

一、所选课题：弹道计时器的设计二、任务与要求

设计一个用来测量手枪子弹等发射物速度的便携式电池供电计时器，这种计时器可用来测定子弹或其他发射物的速度。竞赛射手通常用这种设备来测定装备的性能。

基本操作要求是：射手在两个分别产生起始测量脉冲和终止测量脉冲的光敏传感器上方射出一个发射物，两个光传感器（本例中假定为阴影传感器）分开放置，两者之间的距离已知。发射物在两个传感器之间的飞行时间直接与发射物的速度成正比。如下图所示，当子弹等发射物从上方经过起始传感器产生ST 信号，经过终止传感器时产生SP 信号。传感器之间的距离是固定的。通过测量子弹等发射物经过传感器之间的时间T 就可计算出子弹的速度V=S/t 。

图1

三、方案制定

使用中规模集成电路设计弹道计时器。此方案中主要用到555定时器、十进制计数器、译码器、七段数码管以及一些小型门电路和触发器等。

四、弹道计时器的原理

运用中规模集成电路设计本课题要分为一下几点：（1）传感器对计数器的控制。

在传感器的选择上，要注意传感器的输出信号能否直接控制下一级电路。此论文中采用天幕靶控制计数器的工作与停止。天幕靶是一种光电传感器，它能将光信号转变成电信号，在子弹遮蔽第一个天幕靶时，即会产生一个脉冲，此脉冲带动计数器工作，在子弹遮蔽下一个天幕靶时又产生一个脉冲，让计数器停止工作。若将此脉冲作为使能信号，

就必须使其从子弹到达第一个天幕靶一直维持到

起始传感器

终止传感器

阳光

弹道

子弹到达第二个天幕靶。由此便想到了利用T'触发器的特性达到此要求。

（2）脉冲发生器的设计。

用石英晶体振荡器和分频器构成时钟脉冲。因为555定时器组成的多谐振荡器最高振荡频率只有500KHz，而本设计要求脉冲频率较高，故采用石英晶体振动器。

（3）计数器及其显示问题。

常用的十进制计数器有74LS160、74LS192等。显示部分一般选用7448驱动七段共阴LED。假定需要4个十进制计数器级联构成。并且计数器要配以清零电路，在一次测量完成后要按下清零键才能进行下一次的测量。

图2原理框图

五、各单元电路的设计

1、传感器

天幕靶是一种以光电转换为基础，用于探测飞行弹丸到达空间某一预定位置时刻的仪器，主要由天幕镜头、光电转换器件、狭缝光阑以及处理电路等组成。在室外工作时，天幕靶以天空为背景，由于狭缝光阑的作用，天幕镜头的视场为有一定厚度的扇形，通常称之为“天幕”。一旦弹丸进入该天幕，遮住天幕投射到狭缝的部分光能使光电转换器件上的光电流发生变化，该变化信号经处理电路放大、整形后输出一个脉冲信号。

用两台天幕靶与一台计时仪配合组成测速系统，即可测量弹丸的飞行速度，如图1所示。当弹丸穿过天幕靶Ⅰ的扇形天幕Ⅰ时，计时仪在脉冲信号的触发下开始计时；当弹丸穿过天幕靶Ⅱ的扇形天幕Ⅱ时，天幕靶Ⅱ向计时仪发出一脉冲信号，使计时仪停止计时。由此，计时仪给出弹丸飞行间距为S的两个扇形天幕的时间t，则弹丸在此距离S内的平均速度为

2、控制电路

此部分电路采用T '触发器为核心构成。以下为T 触发器相关资料：在某些应用场合下，需要这样一种逻辑功能的触发器，当控制信号T=1时每来一个时钟信号它的状态就翻转一次；而当T=0时，时钟信号到达后它的状态保T Q *Q

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1

从上表可以写出触发器特性方程为：

Q T TQ Q ''*+=

逻辑符号如下：

图3，由JK 触发器构成的T 触发器

事实上只要将JK触发器的两个输入端连在一起作为T端，就可以构成T触发器。正因如此，在触发器的定型产品中通常没有专门的T触发器。为了达到T 触发器的效果，在电路T端前加装反相器即可。

图4，控制电路示意图

3、脉冲发生器电路

由于晶片的等效动态电感很大,而动态电容 C 很小,损耗电阻r 也很小,因此回路的品质因数Q 很大,一般可达5

10数量级以上,还由于晶片本身谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸大小等有关,而且石英晶片的机械性能十分稳定,做工精细,因此利用石英晶体组成的振荡电路可以获得很高的频率精确度和稳定度,完全可以满足绝大多数模拟和数字系统对频率精确度和稳定度的要求。

查阅资料后决定选取频率为25MHz的石英晶体振荡器HC-49/U 25MHz。构成如下电路图，为本实验的脉冲发生电路。

图5，脉冲发生电路

4、计数电路

计数电路采用六片74LS160芯片构成。四片74LS160级联构成一百万进制计数器，如图6所示（只画出个位和十位两片）。此电路中采用并行进位方式接法，以第一片的进位输出C作为第二片的EP和ET输入，每当第一片计成9（1001）时C变为1，下一个CLK信号到达时第二片为计数工作状态，计入1，而第一片计成0（0000），它的C端回到低电平。第一片的EP和ET受传感器经触发器产生的控制信号控制，当控制信号为1时开始计数；控制信号变为0时，停止计数并保持，此时显示器显示当前数值。

图6计数器连接示意图

5、译码显示电路

译码器的功能是将输入的二进制代码转换为高低电平输出。译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用于驱动LED 七段数码管的译码器常用的有7448等。

7448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。若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进行不同数字的显示。在译码管输出与数码管之间串联电阻R 作为限流电阻。

下图为7448驱动的译码显示电路：

图7，7448驱动的译码显示电路，6、弹道计时器总电路

原理说明：

由天幕靶采集的高电平脉冲信号从如图左下角输入端接入T触发器，因为触发器使能端一直为0，则触发器不会跳变，保持到下一个采集信号到来。在此期间，74LS160计数器计数高频脉冲发生器产生的高频脉冲用来计时，结果经过显示译码器译码由七段数码管显示。

六、元器件清单

1) 7段数码管4个；

2) 74LS160D计数器4个；

3) 74LS48D显示译码器4个；

4) 74LS76D触发器(JK)一个；

5) 74LS04D反相器2个；

6) HC-49/U_25MHz晶振1个；

7) 电阻、电容若干个；

七、心得体会

刚开始拿到课题的时候，我是一筹莫展，不知如何下手。通过这几个星期的课程设计，我对如何设计一个数字电路有了相当的了解，也有许多感触。

作为一名大三学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。在已度过的近三年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种电路设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。

通过这次的课程设计，加强了我的动手能力，提高了我的运用知识解决问题的能力。在本次课程设计中我做的题目是：弹道计时器的设计。在整个方案设计中，我运用了数字电子的相关知识触发器和晶振电路。没有知识是从天而降的，没有获得不需要付出。我这学期学习了《数字电子技术基础》的知识，但是知识繁多，在课堂上不能一一弄懂、弄精，这一次的课程设计给了我机会，让我更加深刻的对模电知识有了深刻的学习和认识。在我拿到题目时，当时我觉得这题目很简单，没有什么大不了的，不就是一个一计数器的设计么，还能难住我？

所以在设计过程中，我把数字电路书上的相关内容如：译码器、显示器、触发器等都看了一遍，而且我也去图书馆找了一些关于相关设计的书来仔细研究。通过认真看书与仔细研究，我终于对如何设计一个计时器有了眉目，并且想了一些比较可行的方案。

这次课程设计使我发现了自身存在的许多不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。

其次，这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工协作才能保证整个项目的有条不絮。另外在课程设计的过程中，当我们碰到不明白的问题时，指导老师总是耐心的讲解，给我们的设计以极大的帮助，使我们获益匪浅。因此非常感谢老师的教导。

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名电子科学与技术专业的学生，这次课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。

总之，这次课程设计，我学到了很多很多。也感谢有这么好的一次锻炼机会。

八、参考文献

1、课本《电子线路----线性部分》（第五版）。冯军谢嘉奎主编；高等教育出版社

2、《数字电子技术基础》清华大学电子学教研组阎石编

3、《电子线路（非线性部分）》高等教育出版社 2006 冯军谢佳奎编

4、《现代电子技术实践课程指导》机械工业出版社谢云刘冰茹王春茹编

5、《传感器应用电路200例》北京航空航天大学出版社张洪润傅谨新主编