30秒秒表电路设计.docx

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30秒秒表电路设计

《电子技术》课程设计报告

课题：

篮球竞赛30秒定时器设计

班级通信1131学号1131302202

学生姓名于淼

专业通信工程

系别电子信息工程系

指导教师电子技术课程设计指导小组

淮阴工学院

电子与电气工程学院

2015年1月

1.设计目的

a）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

b）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

c）进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

d）培养学生的创新能力。

2.设计要求

1）电源+5V；

2）主要单元电路和元器件参数计算、选择；要求计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1；

3）设置外部操作开关，控制计时器的清零、启动和暂停/连续计时，报警；

4）画出总体电路图；

5）安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。

焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。

3.总体设计

3.1篮球竞赛30秒定时器的设计流程图

图1-1设计流程图

3.2组成部分及可选电路

本实验主要由译码显示单元电路、三十进制计数器电路、多谐振荡器电路、辅助时序控制电路等组成。

译码显示单元电路由两个4511译码器和七段显示共阴极数码管来组成；三十进制计数电路选用两片74LS192进行设计；采用555器件构成多谐振荡器；辅助时序控制电路利用两个74HC00N器件构成多个与非门实现。

3.3总框图（如图1-2所示）

图1-2总框图

3.4本设计主要的功能

1）能够利用阴极数码管显示30秒倒计时功能；

2）系统设置外部操作开关，控制定时器的清零、启动和暂停（或连续）功能；在清零时，数码管显示器灭灯；定时器为30秒递减计时，其计时间隔为1秒,也就是每隔1秒，定时器就减1，直到显示器的显示为00；定时器递减计时到零时，数码管显示器不灭灯。

这次的电路设计是脉冲数字电路的应用，该定时器可以直接清零、启动、暂停和连续，同时应用了七段数码管来显示时间。

而且它有启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能。

4.单元电路设计

4.1译码显示单元电路

4.1.1选择理由

由于CD4511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，而且可直接驱动数码管显示器的特点。

因此CD4511是一个用于驱动共阴极数码管显示器的BCD码—七段码译码器，本实验中由两个4511译码器和七段显示共阴极数码管来组成译码显示单元电路。

4.1.2接口图

在其引脚当中A、B、C、D为BCD码输入端，a、b、c、d、e、f、g为七段译码输出端，输出“1”有效，用来驱动LED数码管。

用CD4511实现与共阴极数码管接口如下图：

图1-3CD4511译码器

4.1.3功能介绍

BI：

消隐功能（4引脚），当BI=0，七段数码管均不显示数字。

LT：

3脚，当BI=1，LT=0，译码输出为1，七段均发亮，显示“8”。

LE：

锁存功能，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时，锁定保持状态，译码器输出保持在LE=0时的数值。

A、B、C、D为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，输出为高电平1有效。

下图为两器件的引脚、管脚图（如图1-4,1-5所示）：

图1-4CC4511译码管引脚图图1-5共阴极数码管管脚图

4.2 三十进制计数器电路

4.2.1选择理由

由于74LS192计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能，因此选用两片74LS192构成三十进制计数器。

计数电路选用两片74LS192进行设计，一片74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。

两片74LS192构成预置数的三-十进制递减计数器，计数器十位接成三进制，计数器个位接成十进制。

4.2.2计数原理

使加计数脉冲信号引脚CPu=1，计数脉冲加入个位74LS192引脚CPD脚，当减计数到零时，个位74LS192的CO端发出错位脉冲，使十位计数器减计数，当高、低位计数器处于全零时，CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下次循环减计数。

4.2.3引脚排列及逻辑符号图

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数功能，其引脚排列及逻辑符号如下图所示：

图1-6  74LS192的引脚排列及逻辑符号

74LS192引出端符号

13TCD错位输出端（低电平有效）

12TCU进位输出端（低电平有效）

4CPD减计数时钟输入端（上升沿有效）

5CPU加计数时钟输入端（上升沿有效）

14MR异步清除端

15,1,10,9P0～P3并行数据输入端

11PL异步并行置入控制端（低电平有效）

3,2,6,7Q0～Q3输出端

4.2.4功能表

下图为74LS192功能表（图1-7）;

图1-774LS192功能表

4.3555电路

4.3.1选择理由

输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:

tW1＝0.7（R1＋R2）C 

tW2＝0.7R2C 

T＝tW1＋tW2＝0.7（R1＋2R2）C 

由此可以计算R6=100k，R7=20k，C3=10uf时，可以产生约1S的脉冲。

因此，需要选择能产生1s脉冲的555电路。

4.3.2电路图（如图1-8，1-9所示）。

图1-8555多谐振荡器图1-9引脚图

4.3.3功能

555只能用来构成时钟脉冲发生器，给计数器输入1s的脉冲。

要实现计数，还需要74LS192来实现。

4.4辅助时序控制电路

本实验通过开关控制计数启动，清0，暂停、继续功能，并且当计数器递减技术到零时，控制电路保持零状态不变、同时报警电路工作。

4.4.1各电路设计具体要求

1）启动电路设计

工作原理：

74LS192的PL=0（即11引脚）时置数功能有效，PL=1时无效。

PL=0时此时计数器开始递减计数。

在PL端接一个保护电路电阻和VCC，PL和电阻之间引一条接一个支路接一个单刀单掷开关，开关另一端接地。

当开关闭合时，计数器置数，数码管显示“30”字样；当开关断开时，计数器开始进行计数。

2）清零、灭灯电路设计

工作原理：

74LS192的引脚MR具有清零作用。

MR=1（即14引脚）时，清零；

3）暂停/连续电路设计

工作原理：

74ls192的引脚CPD（即4引脚）具有控制做减法的作用。

CPD=1时，减1；CPD=0，停止减1。

因此可以通过控制CPD的高低电平控制暂停/连续。

4.4.2功能原理

下图为辅助时序控制电路图。

图（a）是指数控制电路，LD接74LS192的预置数控制端，开关S1合上时，LD=0,74LS192置数；当S1断开，LD=1,74LS192处于计数工作状态，断开启动开关时，计数器递减计数。

图（b）是时钟脉冲信号的控制电路，定时时间未到时，74LS192得到BO2=1，受暂停/连续开关S2的控制，S2处于暂停时，门G3输出0，门G2关闭，计数器暂停计数；S2处于连续时，门G3输出1，门G2打开，累计计数。

定时时间到了，BO2=0，门G2关闭，计数器保持零状态不变。

图1-10辅助时序控制电路

4.4.3发光报警电路

当定时器时间到了，借位输出端输出负脉冲，从而使得发光二极管导通，发光报警。

图1-11发光报警电路

4.4.3RS触发器

1）当RD=0，SD=1时，不论触发器的初始状态如何，一定为1,由于“与非”门2的输入全是1，Q端应为0。

称触发器为0状态，RD为置0端。

2）当RD=1，SD=0时，不论触发器的初始状态如何，Q一定为1,从而使为0。

称触发器为1状态，SD为置1端。

3）当RD=1，SD=1时，如前所述，Q及的状态保持原状态不变。

4）当RD=0，SD=0时，不论触发器的初始状态如何，Q==1，若RD、SD同时由0变成1，在两个门的性能完全一致的情况下,Q及究竟哪一个为1，哪一个为0是不定的，在应用时不允许RD和SD同时为0。

下图为RS工作原理图：

图1-12逻辑图与逻辑符号

图1-13由与非门组成的基本RS触发器的波形图

5.调试电路的方法和技巧

由于实验较为复杂，实际操作繁琐，我并未来得及调试，因此只总结了几点调试的方法与技巧。

1）在调试之前要对整个电路要有整体的一个把握，然后把电路细化为多个模块，模块多少的划分可以依据个人的理解而定。

这样有利于进一步加强对电路的理解

 2）接着要进行分模块进行焊接，焊接时不要一时图快，焊完整块板子反而不利于调试，这样既浪费时间又影响实验进度。

焊完每一个模块，都要进行测试，看是否满足要求。

 3）最后再进行整体进行测试，如果出现的效果与实际效果有出入，则检查模块与模块之间的衔接点处的信号是否正确。

若不正确，则重点放在衔接点处，这样有利于减小检查范围。

6.设计总结

这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路的过程中，培养了我的设计思维，增强了我的动手操作能力。

同时，我对课本上所学的集成电路74LS系列、555定时器、与非门等也有了更深刻的了解。

过短短一周的专业认识实训，我深深体会到必须具备良好的心理素质，使自己在以后的途中无论经历什么样的困难，都立于不败之地。

 我制作的是比较复杂的电路—篮球倒计时30秒，我从中受益匪浅。

这比仅仅是制作成功就可以，而且要布线要整齐好看，这样也有利于接线。

对这次实训，颇有体会，这次实训近一步加深了我们对自己专业的认识。

从而确定自己以后的努力方向。

 在这短短的时间里，让我深深的感觉到自己在实际应用中所学专业知识的匮乏。

而老师在实训周中所讲的，都是课本上没有而对我们又非常实用的东西。

在制作电路板的过程中，我不仅知道了职业生涯所需具备的专业知识，同时还要有耐心去构想、画布线图，最后还有细心检验。

这次实习我收获很多，但是另我遗憾的是我的设计由于时间仓促、连线有点乱等问题，导致最后定时器没有成功运行。

今后，我一定要考虑全面，更积极进行实训。

7.参考文献

1秦曾煌.电工学.高等教育出版社.2009

2钱培怡.电子电路实验与课程设计.西安电子科技大学出版社.1992

3杨帮文.新型集成器件实用电路.电子工业出版社.1994

4阎石.数字电子技术教程.清华大学出版社.2000