8篮球比赛24秒倒计时器设计Word文档格式.docx
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2014年1月3日
一、设计目的
本课程设计主要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求，培养学生在查阅资料的基础上，进行实用电路设计、计算、仿真、调试等多个环节的综合能力，同时培养学生用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。
另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
二、设计内容和要求
（1）掌握24秒计时电路的设计、仿真与调试；
（2）掌握计时暂停、清零电路的设计、仿真与调试；
（3）掌握计时显示电路的设计、仿真与调试（计数范围0～24S，±
1S精度，2位数码显示）；
（4）掌握计时开始和计时终止报警电路的设计、仿真与调试；
（5）掌握方案设计与论证；
（6）掌握用相关软件进行电路图设计、仿真，以及对仿真结果的分析、总结。
三、总体参考方案
包括秒脉冲发生器、计数器、译码与显示电路、报警电路和控制电路（辅助时序控制电路）等五个部分组成。
计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1。
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，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数器、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯等功能。
当计时器递减计时到零（既定时时间到）时，显示器上显示00，同时二极管闪亮。
设计思路：
秒脉冲信号经过递减计数器，译码器，再由数码管显示出来，中间包括控制电路。
四、主要元器件原理介绍
1、共阴极数码管
数码显示器可显示系统的运行状态及工作数据，我们所选用的是发光二极管（LED）显示器，它分为两种，共阴极（BS201/202）与共阳极（BS211/212），我们所选的是共阴极，它是将发光二极管的阴极短接后作为公共极，当驱动信号为高电平时，阴极必须接低电平，才能够发光显示。
共阴极数码管的外引脚及内部电路如图
（2）：
图
（2）共阴极数码管的外引脚及内部电路
2、七段显示译码器74LS48
驱动共阴极显示器的译码器输出为高电平有效，所以选用74LS48驱动共阴极的发光二极管显示器。
下图是74LS48外引线排列图（3）与功能表
（1）：
图（3）74LS48外引线排列图
表
（1）74LS48功能表
输入
输出
显示数字符号
1100001
1x00011
1x00101
1x00111
1x01001
1x01011
1x01101
1111110
0110000
1101101
1111001
0110011
1011011
0011111
1
2
3
4
5
6
1x01111
1x10001
1x10011
1110000
1111111
1110011
7
8
9
xxxxxx0
1000000
0xxxxx1
0000000
1111111
熄灭
74LS48工作原理：
译码器输入端为二进制码，经译码器后，输出端分别与七段显示器的的输入端对应连接。
⑴消隐（灭灯）输入端BI为低电平有效。
当消隐（灭灯）输入端BI=0时，不论其余输入端状态如何，所有输出为零，数码管七段全暗，无任何显示；
当消隐输入端BI=1时译码器译码。
⑵灯测试（试灯）输入端LT为低电平有效。
当灯测试（试灯）输入端=0（/=1）时，不论其余输入端状态如何，所有输出为1，数码管七段全亮，显示8。
可用来检查数码管、译码器有无故障；
当灯测试输入端LT=1时译码器译码。
⑶脉冲消隐（动态灭灯）输入RBI为低电平有效。
当RBI=1时，对译码器无影响；
当BI=LT=1时，若RBI=0，输入数码是十进制的零时，数码管七段全暗，不显示；
输入数码不为零时，则照常显示。
在实际使用中有些零是可以不显示的，如004.50中的百位的零可不显示；
若百位的零可不显示，则十位的零也可不显示；
小数点后第二位的零，不考虑有效位时也可不显示。
脉冲消隐输入RBI=0时，可使不显示的零消隐。
3、8421BCD码递减计数器
计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计较为简便。
74LS192是十进制可编程同步加锁计数器，它采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、加锁计数功能。
其中CPU、CPD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。
LD是异步并行置数控制端（低电平有效）,CO、BO分别是进位、借位输出端（低电平有效）,CR是异步清除端,D0～D3是并\行数据输入端，Q3～Q0是输出端。
我们将用到的是它的减计数功能。
下图是74LS192外引线排列图与功能表：
图（4）74LS192外引线排列图
表
（2）74LS192功能表
操作
74LS192的工作原理是：
当/LD=1,CR=0时，若时钟脉冲加入到CPU端，且CP置数=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，/CO端发出进位下跳变脉冲；
若时钟脉冲加入到CPD端，且CPU=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，/BO端发出借位下跳变脉冲。
由74LS192构成的24递减计数器其预置数为N=（00100100）8421BCD=（24）10。
它的计数原理是：
只有当低位/BO1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，且CPD为0时，置数端/LD2=0,计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。
图（5）24进制减法计数器
4、555振荡模块
如下图，由NE555构成的多谐振振荡器，接通电源后，电容C1被充电，VC上升，当VC上升到2/3VCC时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时V0为低电平，电容C通过R2和T放电，使VC下降，当下降至1/3VCC时，触发器又被置位，V0翻转为高电平。
当C放电结束时，T截止，VCC将通过R2和R1、RE向电容器充电，VC由1/3VCC上升到2/3VCC。
当VC上升到2/3VCC时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其周期为：
T=0.7[（R1+2R2）C]。
在这里我们选择R2=68K，C1=10uf，只要用一个可变电阻器代替R1，并将它调至7K即可输出1HZ，达到要求。
图（6）由NE555构成的多谐振振荡器
表（3）所用元器件的编号列表
元件名称
型号
数量
备注
数码管
共阴极
七段译码显示器
74LS48
16脚
8421BCD码计数器
74LS192
脉冲电路
555
8脚
三输入与非门
74LS10
反相器
74LS04
电容
电解
若干
色环电阻
Rest
发光二极管
LED
开关
按键、拨动
电线
五、电路原理图及仿真结果
Protel99设计的电路原理图：
Proteus对电路的仿真图：
计时开始：
24秒（此时开关SW1闭合，开关SW2打开）
打开开关SW1计时开始后，关闭开关SW2计时暂停：
计时终止报警电路LED亮。
由NE555构成的多谐振振荡器仿真结果分析：
统计图中一小方格为1ms。
由图中多谐振荡器发出的波形可得该CP脉冲的周期为0.995s，与要求的1s周期的误差有0.005s。
仿真结果分析：
接通电源，闭合开关SW1、打开SW2，给计数器置数24，打开SW1，减法计数器接收555定时器构成的多谐振荡器周期为1秒的cp脉冲，开始递减，经译码器显示在数码管上。
当闭合SW2时，74LS10一端输入经SW2接地，与非门输出为1，再经非门为0，减法计数器此时不接收到cp脉冲。
停止递减,LED灯亮报警。
当减法计数器递减为0时，此时仿真图中U3（74LS192）的13（/BO）端为0，二极管导通，实现终止报警电路的功能。
六、心得体会
在此次课程设计中，我将课本理论知识与实际应用联系起来。
按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际的软件连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。
在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向相关老师询问请教，和老师一起探讨解决。
通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。
也对数字电子技术有了更深的认识。
要做好本次的课程设计，熟练地掌握课本上的理论知识是前提。
这样才能对试验中出现的问题进行一定的分析和解决。
当然能完成本次设计，更离不开老师辛勤地指导，感谢老师的细心教导，感谢团队的积极合作。
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