数字电路篮球比赛30秒倒计时综述.docx
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数字电路篮球比赛30秒倒计时综述
《篮球竞赛30S计时器》
课程设计说明书
题目篮球竞赛30S计时器
学生姓名
学号
所属学院
专业
班级2
指导教师
教师职称
目录
一、设计要求··································1
二、电路设计与分析
2.1设计原理·································1
2.2单元模块·································1
1、秒脉冲信号的产生·······························1
2、计数器········································3
3、时钟信号控制电路······························4
4、显示模块电路·································5
5、报警电路····································6
3、外部操作开关·························6
4、设计原理图与电路总图·················6
5、仿真测试性能····························7
6、总结·····································9
1、设计要求
篮球竞赛30S计时器的基本要求：
1）具有显示30S计时功能
2）设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能
3）在直接清零时，要求数码显示器灭灯
4）计时器为30S递减计时，计时间隔为1S
5）计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号
〖主要元器〗：
NE555
（1），74LSl92
（2）等
2、电路分析与设计
2.1设计原理
篮球竞赛30S计时器的总体设计方案如下：
它主要包括秒脉冲信号，30S计数器，译码显示器部分，报警电路和外部操作开关五部分组成，其中外部操作开关包括接直接清零，启动和暂停/继续。
2.2单元模块
1、秒脉冲信号的产生
555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。
NE555为8脚时基集成电路，各脚主要功能
1地GND2触发
3输出4复位
5控制电压6门限（阈值）
7放电8电压Vcc
用555定时器构成多谐振荡器：
用555定时器构成多谐振荡器电路如图（a）所示。
电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。
如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图（b）所示。
图a图b
输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式:
tW1＝（R1＋R2）Cln2
tW2＝R2Cln2
T＝tW1＋tW2＝（R1＋2R2）Cln2
这里的脉数发生器R1=15KΩ,R2=68KΩ,C=10uf
周期T=1s
秒脉冲信号产生电路图如下图1所示
图1
2、计数器
74LS192为可预置的十进制同步加/减计数器（双时钟），其清除端是异步的。
其引出端功能如下：
引出端符号
TCD错位输出端（低电平有效）
TCU进位输出端（低电平有效）
DN减计数时钟输入端（上升沿有效）
UP加计数时钟输入端（上升沿有效）
MR异步清除端
D0～D3并行数据输入端
PL异步并行置入控制端（低电平有效）
Q0～Q3输出端
当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（DN、UP）状态如何，即可完成清除功能；预置是异步的，当置入控制端（PL）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（D0～D3）相一致的状态；计数是同步的，靠DN、UP同时加在4个触发器上而实现。
在DN、UP上升沿作用下Q0～Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
当进行加计数或减计数时可分别利用DN或UP，此时另一个时钟应为高电平。
当计数上溢出时，进位输出端（TCU）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPU低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（TCD）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPD低电平部分的低电平脉冲。
当把TCD和TCU分别连接后一级的DN、UP，即可进行级联
.因为要求中提到要求电路要实现倒数计时，所以74LS192的加计数器信号输入端应该加上无用性号（高电平）。
计数电路的核心是置数部分。
本设计中的30秒只需将两计数器的输入端分别置为0011和0000即可，采用同步置数的方式来实现30置数。
计数器电路图如下图2所示
高片74Ls92置数为3，低片74Ls92置数为0。
当低位74Ls92从0减为9时，错位端发出信号，使高位74Ls92从3到2，低位每计数十下，高位减一下。
3、时钟信号控制电路
时钟信号控制电路如下图3所示
图3是时钟脉冲信号Y1的控制电路,控制Y1的放行与停止。
当SW2处于“暂停”位置时，门U5：
D输出A02=0，使门U6：
C关闭，封锁脉冲Y1信号，计数器暂停计数；当SW2处于“连续”位置时，门U5：
D输出1，门U6：
C打开，放行Y1脉冲信号，计数器在脉冲信号作用下，继续累计计数。
当计时结束时，高位TCD=0，使A04=0,门U6：
D关闭，封锁脉冲信号，计数器保持零状态不变。
从而实现了当暂停/连续开关处于暂停状态时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示原来的数，而且保持不变；当暂停/连续开关处于连续状态时，计数器正常计数的功能要求；当计时结束时，封锁脉冲信号，计数器保持零状态不变。
图3
4、显示模块电路
显示模块用来显示计时模块输出的即时计时和中途计时结果。
如下图4所示
图4
显示模块部分也由部分组成，一部分是4511，一部分是共阴极数码显示管。
我们可以通过控制共阴极的电平高低就能控制数码显示管的工作。
5、报警电路
当计数器递减计数到零（即定时时间到）时,控制电路应发出报警信号,使计数器保持零状态不变,同时报警电路工作。
当计数到零时,两计数器错位端输出都为低,故本设计将高位片错位端TCD反馈到二极管负极性端,此时发光二极管接通发出光电报警信号,完成报警功能,而在递减计数时,高位端TCD输出为高,二极管不报警。
外部操作信号由置数，暂停，清零三部分构成。
3、外部操作开关
外部操作信号由启动置数、清零、暂停/继续三部分构成。
1、操作“清零”开关，要求计数器清零，当开关闭合是使两片74ls192的清零端为高电位，于是清零端工作。
同时显示管熄灭。
2、操作“启动”开关，计数器完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。
3、当“暂停/连续”开关处于暂停时，显示器保持不变。
当此开关处于继续时，计数器继续累计计数。
开关如下所示
4、设计原理图与电路总图
1、设计思路原理图如图4.1所示
图4.1
2电路总图如图4.2所示
图4.2
5、仿真测试性能
1启动30秒置数测试
启动开关，置数开始,数码管出现30秒字样，计数器开始进行递减计数
图如下：
2暂停/继续测试
当“暂停/连续”开关处于暂停时，显示器保持不变。
当此开关处于继续时，计数器继续累计计数。
3报警测试
当计数到零时,计数器保持零状态不变，报警电路导通，LED灯亮。
实现光电报警。
图如下。
4清零测试
操作“清零”开关，要求计数器清零，当开关闭合是使两片74ls192的清零端为高电位，于是清零端工作。
同时显示管熄灭。
6、总结
此次电子课程设计是理论与实践相结合的最好形式。
在课题的完成过程中要求我们要有坚实的理论基础和很强的动手能力和团队合作能力。
在设计过程中，通过自主查找数据和其他资料，接触到了很多新鲜的东西。
经过这次课程设计，才明白自己要做一个电子产品是多么的不容易。
里面的过程要求我们要非常细心、考虑问题周全。
要想设计并制作一个完美实用的数字电路，确实是一件不轻松的工作，不仅要有较强的动手能力，还要有灵活应用芯片理论的功底，为此需要阅读大量关于这方面的书籍。
在这次课程设计过程中，查阅了不少芯片手册，也阅读了不少有关数字电路设计的资料，同时还了解到一些芯片的性能。
这些都是制作电路必须的理论准备，可以为你的设计添砖铺瓦，并减少很多盲目的查找
综合来讲，本次的课程设计从设计到完成都是我们我学知识的检验。
通过亲身体验说明有些在仿真软件电路设计的可行性。
所以在设计时就要考虑方案的可行性，最好是要准备好备用的方案。
在经过各种比较后，选出最佳方案再进行制作。
整个过程中，调试也是相当重要的一部分。
当电路不能得到正确的结果时，要知道怎样进行排错和调试，以得到正确的结果。
一般情况下，应该先检查电路是否连对，芯片管脚是否对错；并加以改正错误的电路。
做完本次课题后，发现本设计中所用电路比较简单，所用元器件也比较常用，工作原理易懂，操作简单，也很适合一般的手工制作。
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