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：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 。

起始传感器终止传感器

阳光弹道

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 的平均速度为

S V =

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持不变。具备这种逻辑功能的触发器称为T 触发器。它的特性表如下：

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。

U1A

74LS76D

1J

4

1Q

15

~1Q 14

1K

16

~1CLR

3

1CLK 1~1PR

2

U2A

74LS04D

T'触发器

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

10数量级以上,还由于晶片本身谐振频率基本回路的品质因数Q 很大,一般可达5

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。