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篮球竞赛s计时器

课程实习报告

实习名称：

电子设计制作与工艺实习

学生姓名：

刘凯

学号：

201016010104

专业班级：

自动化10101班

指导教师：

梅彬运

完成时间：

2012年06月27日

评阅意见：

评阅教师日期

报告成绩：

摘要

本课题采用的是基于74LS192的双时钟加、减同步可逆计数器来实现倒计时功能。

此计时器不仅具有倒计时功能，还具有置数、暂停、继续、位数调整的功能，非常适合于现在的篮球比赛。

篮球30s计时器是由脉冲产生电路、计时电路、译码显示电路、报警电路、控制电路构成。

脉冲产生电路是由555定时器组成的多谐振荡器构成；计时电路采用74LS194倒计数功能；译码显示电路通过74LS47芯片进行译码并驱动数码管显示；报警电路是由蜂鸣器、发光二极管、74LS04非门、74LS10与非门、74LS27或非门构成；控制电路是由单刀双掷开关，轻触开关构成。

借助Multisim仿真软件对脉冲产生电路、计时电路、译码显示电路、报警电路进行了性能与功能仿真，通过仿真分析验证了设计的正确性，达到了设计的预期目的。

关键词：

555定时器；计数芯片；蜂鸣器；LED

Abstract

Thistopicisbasedonthe74LS192dualclock,add,subtractsynchronousreversiblecountercountdownfunction.Thistimernotonlyhascountdownfunction,butalsohasasetnumberofpauseresumecallbackfunctionoftime,verysuitableforthegamenow.Basketball30stimerpulsegeneratorcircuit,timingcircuit,thedecodingcircuits,alarmcircuits,controlcircuits.Thepulsegeneratingcircuitofmultivibratorcomposedofthe555timer;timingcircuitusing74LS194countdownfunction;decodingdisplaycircuitthroughthe74LS47chipdecodinganddrivethedigitaldisplay;buzzeralarmcircuit,lightemittingdiodes74LS04NANDgate74LS10NANDgate74LS27NORgatecomposition;controlcircuitSPDTswitch,touchswitchcomposition.WithMultisimsimulationsoftwareonthepulsegeneratingcircuit,timingcircuit,decodingcircuit,thealarmcircuitperformanceandfunctionalsimulationtoverifythecorrectnessofthedesign,simulationanalysis,toachievetheintendedpurposeofthedesign.

Keywords：

555timer,chipcount,buzzer,LED

摘要I

AbstractII

目录1

第一章篮球竞赛30s计时器方案设计1

1.1绪论1

1.2篮球竞赛30s计时器的功能1

1.3脉冲波形产生电路设计方案1

1.3.1基于555定时器的多谐振荡器1

1.4方案分析2

第二章单元电路设计3

2.1脉冲波形产生电路单元3

2.1.1555定时器3

2.1.2555定时器构成的多谐振荡器4

2.2计时电路单元5

2.2.174LS192——同步十进制计数器5

2.2.2三位十进制数计时器电路5

2.3译码显示电路单元6

2.3.1BCD-7段译码器与共阳极数码管6

2.3.2译码电路图7

2.4报警电路单元7

2.5控制电路单元8

第三章篮球竞赛30s计时器仿真与实验9

3.1脉冲波形产生电路仿真9

3.2计时电路仿真10

3.3译码显示电路仿真11

总结12

参考文献13

附录1篮球竞赛30s计时器电路图14

附录2篮球竞赛30s计时器明细表15

第七章收音机实习报告16

4.1实习目的16

4.2实习要求16

4.3主要器材16

4.4收音机的基本工作原理19

4.5设计过程20

4.6AM/FM收音机的电路原理图21

4.7元件识别21

心得体会23

参考文献：

致谢25

第一章篮球竞赛30s计时器方案设计

计时器要求解决的主要是脉冲产生电路以及计时电路的问题，计数电路接收到脉冲波形产生电路发出的矩形波才能计时，因而需要一个输出波形能够稳定的脉冲波形发生器。

1.1绪论

计数器系统原理框图如图1.1所示：

接入电源后，由脉冲发生器产生脉冲，计数器接收脉冲后便开始计数，产生二进制码，然后通过译码器进行译码，最后便可通过数码管显示。

在这个过程中，可以根据需要通过控制开关对计数器进行控制，当计数达到所需要的时间后，报警电路便发出报警信号，以达到提醒的目的。

1.2篮球竞赛30s计时器的功能

篮球活动在中国很盛行，比赛也日趋职业化，为保证比赛的公正性，则需要一个精准的计时器来计时。

在篮球比赛中，要求球员持球不得超过规定时间否则就会违例而罚球，这就需要一个能够倒计时，并且在特殊情况需要下回调时间的计时器。

本课题所设计的计数器具有暂停/继续、置数、时间回调等功能，能够很好地满足比赛对计时器的要求。

1.3脉冲波形产生电路设计方案

在本次课题设计中，计数器要正常计数，则需要一个脉冲信号输入，所以选择合适的脉冲波形产生电路是非常重要的。

1.3.1基于555定时器的多谐振荡器

用555定时器、电阻R1、R2、电容C1、C2构成的多谐振荡电路图如图1.2所示：

.1.3.2基于石英晶体的多谐振荡器

由石英晶体、14位二进制串行计数器/分频器和振荡器CD4060、BCD同步加法计数器CD4518构成的秒信号发生器。

其电路图如图1.3所示。

电路中利用CD4060组成两部分电路。

一部分是14级分频器，其最高分频数为16384；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768Hz的振荡器。

震荡器输出经14级分频后在输出端Q14上得到1/2秒脉冲并送入由1/2CD4518构成的二分频器，分频后在输出断Q1上得到秒基准脉冲。

1.4方案分析

本课题设计中对秒脉冲信号的精度要求并不是很高，两种方案都可以产生要求的脉冲波形。

但是方案二中用CD4060和分频器构成的基准秒脉冲发生电路较于基于555定时器构成的多谐振荡脉冲波形电路明显要复杂很多，而且CD4060和CD4518我们平常很少用，对其功能和引脚信息了解不多，在元器件数量选择上方案二明显要多于方案一，这不符合电子设计中性价比高的要求。

方案一用555定时器构成电路简单，经济，易于实现，而且555定时器的比较器灵敏度高、输出驱动电流大、功能灵活，因而在电子电路中获得广泛应用，所以方案一是最佳选择。

第二章单元电路设计

本课题设计的篮球竞赛30s计时器由脉冲波形产生电路、计时电路、译码显示电路、报警电路、控制电路等五个模块构成。

计时电路接收脉冲信号后开始计数，通过译码显示电路显示出来，同时报警电路和控制电路起着报警和控制的功能。

2.1脉冲波形产生电路单元

2.1.1555定时器

图2.1是555的内部结构和引脚图：

555各引脚的具体功能如下：

1接地端GND2触发输入端3输出端4复位端5控制电压端6门限（阈值）端7放电端8电源电压VCC

下表2.1为555的功表：

表2.1555定时器功能表

输入

输出

阈值输入6

触发输入2

复位4

输出3

放电管T7

导通

<1VCC/3

截止

>2VCC/3

>1VCC/3

导通

<2VCC/3

>1VCC/3

不变

由图2.1不难证明表2.1的正确性，表中第一行说明555定时器的清零作用。

4脚加入低电平，将对RS触发器直接置“0”。

接在

端的三极管起跟随缓冲作用。

当TH高触发端6脚加入的电平大于

，TL低触发端2脚的电平大于

时，比较器A1输出高电平，比较器A2输出低电平，触发器置“0”，放电管饱和，7脚为低电平。

当TH高触发端加入的电平小于

，TL低触发端的电平大于

时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出低电平，触发器状态不变，仍维持前一行的电路状态，输出低电平，放电管饱和，7脚为低电平。

当TH高触发端6脚加入的电平小于

，TL低触发端的电平小于

时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出高电平，触发器置“1”，输出高电平，放电管截止，7脚为高电平。

因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。

当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。

只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。

2.1.2555定时器构成的多谐振荡器

用555定时器构成多谐振荡器电路如图2.2（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,电容器C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2.2（b）所示。

输出信号uo的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:

根据要求，该系统中要使555构成的多谐振荡电路产生10Hz的脉冲，因此可以令

，

，就可以得到周期T约为0.1s的矩形波。

2.2计时电路单元

2.2.174LS192——同步十进制计数器

在数字系统中使用的最多的时序电路要算是计数器了。

计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。

计数器的种类非常多。

分为同步式和异步式两种。

在同步计数器中，当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同时发生的。

在设计中我们选择的是同步加/减计数器74LS192。

它是双时钟同步可逆计数器，是8421BCD码计数，其功能表如表2.2：

表2.274LS192功能表

输入

输出

CPU

CPD

保持

加计数

减计数

表中CR是清零端，LD是置数端，CPU是加计数时钟输入端，CPD是减计数时钟输入端，D3﹑D2﹑D1﹑DO都是计数器预置数输入端，Q3﹑Q2﹑Q1﹑Q0都是数据输出端，另外，C0是非同步进位输出端，BO是非同步借位端输出端。

2.2.2三位十进制数计时器电路

本课题设计的三位十进制数计时器要求是30s倒计时，并且精确到0.1s，所以需要通过三片74LS192的级联来实现一个30进制的计数器。

此计数器当低位片从0跳到9时，高位片进位加一，直到实现三十秒的计数功能。

但是，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当应该加上无用性号（高电平）。

计数电路的核心是置数部分和清零部分。

本设计中的30秒只需将三计数器的输入端分别置为0011、0000、0000即可，采用外部控制置数的方式来实现30置数。

再者，因为74LS192是十进制的计数器，所以当倒计时为0时，计数器会跳到9，因此我们采用000异步清零来解决这个问题，最后让显示器停在000秒处。

2.3译码显示电路单元

2.3.1BCD-7段译码器与共阳极数码管

译码显示电路的功能是将计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。

用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS47。

74LS47是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且低电平有效，专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。

但若想驱动数码管就必须有驱动电路来使数码管的输入信号足以使数码管电流足够，能够正常显示数据，就必须为其添加驱动电路。

同时驱动电路最好要能有使数码管显示灭灯功能，以便减轻下一级控制电路的负担。

（1）

：

试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。

当LT（——）=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。

（2）

：

灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。

BI（—）=0时。

不论LT（——）和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。

（3）

：

灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。

当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI（——-）=0作用下，使译码器输出全1。

其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。

（4）

：

灭零输出，它和灭灯输入BI（—）共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。

为了能以十进制数码直观地显示数字系统的运行数据，目前广泛使用的是七段字符显示器，或称为七段数码管。

常见的有半导体数码管和液晶数码管两种。

半导体数码管以公共端极性可分为共阴极和共阳极两种,可根据选择的译码器所输出有效信号是属于高低电平来选择采用共阴极或是共阳极数码管。

本课题使用的共阳极数码管，其共有八个输入端，一个共阳极公共端。

其八个输入端中，前七个是显示十进制数，第八个输入端则是显示小数点，这是为了方便计时和读数。

2.3.2译码电路图

本课题设计的篮球竞赛30s计时器的译码显示电路需要三片74LS47芯片与三片共阳极数码管构成组成，74LS47的功能是将输入的二进制编码译码成8421BCD码，然后通过数码管显示出来。

其电路图如下图2.5所示：

当计数器开始时，计数芯片74LS47首先置零，然后置数，之后便须选择计数的方式，有加法计数和减法计数两种。

输入的脉冲都属于上升沿触发有效，每输入一个脉冲，计数器加法计数一次或者减法计数一次，然后从相应的输出端输出二进制码，通过译码器可以将二进制码译码后从数码管显示出来。

2.4报警电路单元

报警电路是由蜂鸣器、发光二极管、74LS04非门、74LS10三输入与非门、74LS27三输入或非门构成。

当计时器计时完成后，三个或非门的输入端都输入低电平，输出端输出高电平，使得通过与非门之后输出低电平，从而使得发光二极管和蜂鸣器正常工作，达到报警的目的。

其电路图如图2.6所示：

2.5控制电路单元

控制电路具有暂停、置位、清零、位数调整的功能，通过这些功能可以使计数器在比赛和其他场合应用得十分广泛。

暂停/连续可以通过用一个单刀双掷开关将减数位端分别在高电平和脉冲信号之间进行切换，即实现计数器递减计数暂停/连续功能。

当开关打到高电平时计时器暂停，当开关打到脉冲信号时计时器正常计时。

启动清零可以在清零端接一个非门，然后和与非门的输出端连接，便可达到启动置数的目的。

置数可以通过接一个轻触开关将置数端分别在高低电平之间切换，轻触开关的作用是当用手指按上此开关，便可将置数端与地相连，以达到置数目的，当放开手指，开关便弹回将置数端接高电平，但在计数开始前先置数，这样便可达到计数目的。

位数调整可以通过接一个轻触开关将加数计数端分别在高低电平之间切换，当手指按上此开关时，便可将加数计数端变成低电平，然后放开后又跳为高电平，此时计数器最低位加一，这样便可轻松地达到位数调整功能。

第三章篮球竞赛30s计时器仿真与实验

Multism11是加拿大InteractiveImageTechnologiea公司2010年推出的multism最新版，是该公司电子线路仿真软件EWB（ElectronicsWorkbench，虚拟电子工作台）的升级版。

Multism11用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电子仪器和仪表，实现了“软件及元器件”和“软件即仪器”。

Multisn11是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

3.1脉冲波形产生电路仿真

本课题设计的篮球竞赛30s计时器需要一个频率约为10Hz的方波，以便达到精确至0.1秒的计时功能。

此次仿真实验要用到的仪器主要有示波器、频率检测器。

首先，将在multisim中画好的脉冲波形发生电路接一个示波器和频率检测器分别测量出产生波形的周期和频率。

电路图如图3.1所示：

仿真波形图及频率检测图如图3.2所示：

结果分析：

从示波器上可以看到输出波形的周期约为0.11秒，约为9.09Hz；而在频率计上显示的是9.17Hz，对比可发现两者存在着一定的误差，但是误差很小，这是由于不同仪器之间测量会有误差，另外这是用电脑软件仿真的，会存在有误差。

结论：

通过电脑软件进行仿真，得到的只是理想值，许多外界环境的因素未考虑进去，从而不能真正地得到正确的数据，只能达到预期的目标。

3.2计时电路仿真

本课题研究的核心在于计时电路的设计，要求是30进制具有倒计时功能的计时器。

所以此次仿真实验需要用到的仪器有波形发生器、逻辑分析仪、电源、数字地。

首先使用波形发生器产生10Hz的矩形波，然后接入电路中，用逻辑分析仪分析74LS192芯片输出端的电平高低。

其仿真电路图如图3.3所示：

其仿真波形图如图3.4所示：

结果分析：

仿真开始后，必须要先按J4开关置数，否则计数电路的输出保持为低电平。

置数之后将减数计时开关J1接入脉冲，便可实现减数计数。

再按J1开关，将之接入高电平，然后便可轻按J2开关便可实现位数调整。

从逻辑分析仪上可看出此计数器是减数计数，每经过一个上升沿的脉冲便可减数计数一次。

结论：

74LS192计数器是双时钟上升沿触发加减计时器，工作前必须先置数后计数，通过单刀双掷开关和轻触开关可以获得很好地计时效果。

3.3译码显示电路仿真

译码显示电路可以将计时过程通过数码管显示出来，便于控制和计时。

仿真实验中需要电源。

仿真电路图如图3.5所示：

首先将其使能端全部接高电平，因为其使能端的输入电平是低电平有效，所以当输入高电平是译码芯片才能正常工作。

除了三个使能端之外还有四个输入端，这四个是二进制码输入端，其译码时，数码管显示的十进制数所对应的二进制数是从高位向低位读取的，如图所示的就是当四个输入端输入1100时，数码管显示的是十进制数字3，依次可以将十进制数全都显示出来。

总结

本设计主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的功能要求：

时钟模块为减计数提供一个频率为1Hz的脉冲信号，从而实现计数器计数间隔为1秒钟；

计数、译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能；

报警模块是为了实现当减计数到零时发出光电报警信号；

控制模块主要是为了实现计时器的启动、直接清零和暂停/连续功能，其中在直接清零时，由外控制开关控制译码器消隐端，从而可以实现显示译码器灭灯；通过暂停/连续开关从而实现断点计时功能。

至此，本设计能完成所有任务及要求。

参考文献

[1]刘培植.数字电路与逻辑分析设计[M].北京：

邮电大学出版社，2009.

[2]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：

高等教育出版社，2010.

[3]康华光.电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京：

高等教育出版社，2006.

[4]郑步生，吴渭.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用[M].北京：

电子工业出版社，2002.

[5]王成华，王友仁，胡志忠，邵杰.电子线路基础[M].北京：

清华大学出版社，2008.

附录1篮球竞赛30s计时器电路图

附录2篮球竞赛30s计时器明细表

序号

代号

名称

型号

数量

备注

555定时器

LM555CM

同步十进制计数器

74LS192

4线--七段译码器

74LS47

三输入或非门

74LS27

三输入与非门

74LS10

非门

74LS04

蜂鸣器

BELL

共阳极数码管

REDCA

发光二极管

LED

电阻

33kΩ/0.25W

电阻

56kΩ/0.25W

R3～R24

电阻

200Ω/1W

电容

1u/100V

电容

0.01u/100V

J1、J2

轻触开关

KFC-T06-2

单刀双掷开关

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