篮球24秒计时器数电Word格式.docx
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1.2.1设计任务
1.显示24秒计时功能。
2.设置外部操作开关控制计时器直接清零、启动、暂停/连续功能。
3.计时器为24秒递减计时器,其计时间隔为1秒。
4.递减计时到零时,显示器不能灭灯,同时发出光电报警信号。
1.2.2基本要求及目标
1.根据原理图分析各单元电路的功能;
2.熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能;
3.写出完整、详细的设计报告。
第2章电路框图及工作原理
2.1设计方案
方案一:
采用计数器74LS192作为核心部分。
同时选择74LS48作为BCD码译码器来对7段数码显示管进行译码驱动,两个七段数码显示管进行显示。
采用555计时器制成的多谐振荡器,进行秒脉冲的输入。
因为我们需要对其进行暂停、清零、报警等控制,所以我们使用了两个开关来控制计数器的各功能的实现,从而实现各种功能。
方案二:
采用单片机AT89S51作为核心部分,编写程序。
用74LS48和7段数码显示管组成显示电路。
采用三个开关控制启动、暂停、清零、报警从而实现各种功能。
在两个方案中,单片机价格比较贵,编写程序繁琐,原理说明性不够强,所以在本次设计采用方案一。
2.2电路框图
24秒倒计时计时器的方案框图如图2-1所示。
它是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路等五个部分组成。
其中计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成24秒计时功能,控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数功能,译码显示电路完成数字显示功能,报警电路产生光电报警功能。
秒脉冲发生器产生时钟脉冲信号,这个信号作为电路的定时标准,其电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡其构成。
图2-124秒计时器系统设计框图
控制电路手动置数计数器,译码显示电路出现显示,秒脉冲发生器产生秒脉冲刺激计数器递减,随之译码显示电路递减。
暂停/连续时,控制电路控制秒脉冲发生器暂停/连续秒脉冲,随之计数器和译码显示停止/连续工作。
译码显示为零时触发报警电路产生报警。
第3章单元电路的设计
3.124进制计数器的设计
计数器选用集成电路74LS192进行设计较为简便,74LS192是十进制可编程同步加法计数器,它采用8421码十进制编码,并具有直接清零、置数、加减计数功能。
图3-1是74LS192引脚排列。
图中CU、CD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端(上升沿有效)。
PL是异步并行置数控制端(低电平有效),TCU和TCD是进位、借位输出端(低电平有效),MR是异步清零端,P3-P0是并行数据输入端,Q3-Q0是输出端。
图3-174LS192的引脚排列
74LS192的功能表见表3-1所示。
表3-174LS192功能表
输入
输出
MR
CU
CD
P0
P1
P2
P3
Q0
Q1
Q2
Q3
1
×
a
b
c
d
↑
加计数
↓
减计数
当PL=1,MR=0时,若时钟脉冲加到端CU,且CD=1则计数器在预置数的基础上完成加计数功能,当加计数到9时,TCU端发出进位下跳变脉冲;
若时钟脉冲加到CD端,且CU=1,则计数器在预置数的基础上完成减计数功能,当减计数到0时,TCD端发出借位下跳变脉冲。
由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下图3-2所示。
图3-28421BCD二十四递减计数器
其预置数为N=(00100100)=(24)10。
在CD端的输入时钟脉冲作用下,开始递减。
只有当低位TCD端发出借位脉冲时,高位计数器才作减计数。
当高、低位计数器处于全零,完成一个计数周期,然后手动置数PL=0,计数器完成置数,再次进入下一循环减计数。
3.2数码显示电路的设计
根据设计的要求采用74LS48译码器来驱动共阴极数码显示管。
74LS48芯片是一种常用的七段数码管驱动器,常用在各种数字电路和系统的显示系统中。
74LS48和共阴极七段LED显示器如图3-3连接。
这样连接74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需像CC4511外接限流电阻。
图3-3显示电路
74LS48输入信号为BCD码,输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线,另有3条控制线。
——LT为测试端,低电平有效,当——LT=0时,无论输入端A、B、C、D为何值,a~g输出全为高电平,使7段显示器件显示“8”字型,此功能用于测试器件。
———RBI为灭零输入端,低电平有效。
在——LT=1,———RBI=0,且译码输入为0时,该位输出不显示,即0字被熄灭。
但当译码输入不全为0时,仍能正常译码输出,使显示器正常显示。
BI\RBI是一个特殊的端口,有时作用于输入,有时作用于输出,在这里不多做介绍。
74LS48功能表见表3-2。
字形
数字
——LT
———RBI
ABCD
BI/RBO
abcdefg
2
3
4
5
6
7
8
9
X
0000
1000
0100
1100
0010
1010
0110
1110
0001
1001
1111110
1100000
1101101
1111001
0110011
1011011
1011111
1110000
1111111
1111011
消隐
脉冲消隐
灯测试
XXXX
0000000
表3-274LS48的功能表
七短数码管的引脚图如图3-4所示,在使用时要注意是共阳还是共阴,其中3脚和8脚相连为公共端,因为此次设计是使用的共阴极数码管,所以在电路中接地,6脚为小数点引脚,在设计中没要求不需要对其处理。
图3-4七短数码显示管的引脚图
3.3秒脉冲的设计
根据设计要求,电路需要产生间隔为一秒的时间脉冲,完成正确的计数功能。
所以选择NE555定时器来设计此电路。
从而产生标准的秒脉冲。
NE555定时器是一种中规模集成电路,外形为双列直插8脚结构,体积很小,使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件,就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
引脚功能:
TH:
高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端,——TR低电平触发端,简称低触发端,CVO:
控制电压端,OUT:
输出端。
DIS:
放电端,RES:
复位端。
工作原理见表3-3
表3-3555定时器控制功能表
输入
输出
TH
RES
OUT
DIS
L
导通
<
VCC
H
截止
>
不变
用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供脉冲,如图3-5所示。
R2、R5和C1为外接定时元件,高、低电平触发输入端项链并接到定时电容C1上,R1和R2的节点与放电端相连,电压控制端不用,通常接0.01uF电容C2。
接通电源后,VCC通过R2、R5对C1充电,DIS上升。
开始时DIS<
VCC,即高电平触发端TH<
VCC,低电平触发——TR<
VCC,定时器置位,放电管截止。
随后DIS越充越高,当DIS>
VCC,高电平触发端TH>
VCC,低电平触发端——TR>
VCC,定时器复位,放电管饱和导通,C1通过R5放电,DIS下降。
当DIS<
VCC时,又回到高电平触发端TH<
VCC,定时器又置位,放电管截止,C1停止放电而重新充电。
如此反复,形成振荡波形提供脉冲。
公式:
Tw1=0.7(R2+R5)C1Tw2=0.7R2C1
振荡周期计算公式:
T=0.7(R2+2R5)C1≈1s
图3-5
3.4控制开关电路的设计
在本次设计中需实现计数器的暂停、复位和启动控制,为了简单,我们只需用一个开关来控制启动和复位功能。
启动复位开关和74192的11脚相连即可。
在这里,主要介绍暂停/连续开关的设计,因为555产生秒脉冲全靠给C1充放电产生,所以只需中断C1的充放电即可,所以在C1的另一端用一个开关控制接地,这就形成了暂停/连续开关。
3.5报警电路的设计
根据设计要求,要产生光电报警,我们采用5个或门组成一个选择电路,一个发光二极管产生光亮,一个蜂鸣器发出报警。
如图3-6所示
图3-6
或门OR1的输入与高位74LS192的低两位输出端相连,OR2、OR3与低位74LS192输出端相连。
当输出端全部为低电平时OR5的输出才为低电平,此时导通发光二极管和蜂鸣器,产生光电报警信号。
3.6整机工作原理
篮球竞赛24秒计时器主要是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路组成。
控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。
由附录1可见图中有SW1和SW2两个开关,SW1为置数,SW2为暂停。
SW1闭合,74LS192被置数,显示电路出现数字24。
完成置数后断开SW1,启动计时。
若此时秒脉冲电路的SW2为断开,则产生连续秒脉信号输入到计数器,数码管上的数字就会自动减1,闭合SW2,秒脉冲暂停,计数递减暂停,断开SW2又恢复计数递减,这就实现了暂停/连续功能。
在计数递减的同时,74LS192的8个输出端也随之产生高低电平变化来控制报警电路5个或门的高低电平的变化。
由附录1可见,5个或门的排列必须当74LS192的8个输出全为低电平时,换而言之,就