篮球30s倒计时设计报告.docx
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篮球30s倒计时设计报告
天津工业大学
电子线路专题设计与制作
报告书
学院：
电子与通信工程学院
班级：
通信1104
姓名：
杨洪磊
学号:
1110920420
实践题目:
篮球比赛30秒倒计时器
指导教师：
高强
1、设计目的---------------------------------------------------------------------1
2、设计要求---------------------------------------------------------------------1三、总体方案---------------------------------------------------------------------1
四、单元模块设计---------------------------------------------------------------2
4.1计数器电路设计
4.2脉冲发生电路设计
4.3译码显示电路设计
4.4控制及报警电路设计
五、总体电路图------------------------------------------------------------------5
六、元件清单---------------------------------------------------------------------7
七、PCB版图---------------------------------------------------------------------8
7.1原理图
7.2印刷电路板
八、设计心得---------------------------------------------------------------------10九、参考文献---------------------------------------------------------------------10
1、设计目的
1）熟悉集成电路的引脚安排。
2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
3）了解篮球比赛30表倒计时器的工作原理。
4）熟悉30秒倒计时器的设计和制作。
二、设计要求
1）三十秒计时器，具有显示30秒的计时功能。
2）系统设置外部操作开关，控制计时器的直接参数，清零和暂停功能。
3）计时器为三十秒递减计时器，其计时间隔为一秒。
4）当计时器递减到零时，数码管显示器不能灭灯，LED变亮报警。
三、总体方案
经过初步的设计，可以确定该系统应包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路等5个部分构成。
其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停、连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。
为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。
在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器显示零。
当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停、连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停、连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。
系统设计框图如图1.1所示。
图1.1
4、单元模块设计
4.1计数器电路设计
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。
本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。
按照课程设计要求，需要计时30s，并且显示到00s，因此该设计中需要用到两个十进制的减法计数器。
我们可以用两片74LS192来实现这两个计数器。
计数模块中的两片计数器的加计数器脉冲输入端都要接高电平，且要将低位片的借位信号加到高位片的减计数脉冲输入端。
高位片计数器的借位信号控制报警信号，在进行减计数时，借位信号一直为高。
74LS192具有下述功能：
1、异步清零：
MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000。
（此功能可实现计数器的清零）
2、异步置数：
MR=0，
=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。
3、保持：
MR=0，
=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
4、加计数：
CR=0,
=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
5、减计数：
CR=0,
=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
4.2脉冲发生电路设计
用555定时器构成多谐振荡器电路如图1.2（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1.2（b）所示。
图1.2555构成的振荡电路及即波形
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
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，因此我们可以令R1=51k
，R2=49k
，C=970nF，得到周期T=0.7
0.101s。
4.3译码显示电路设计
本次设计中我们用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。
这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。
因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成7段字型数码管所要求的代码。
我们把能够将计算机输出的BCD码换成7段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS48。
对输入代码0000，译码条件是：
LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT＝1，这时候，译码器各段a～g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。
74LS48的功能表如下：
74LS48功能表
十进数
或功能
输入
BI/RBO
输出
LT
RBI
DCBA
a
b
c
d
e
f
g
0
H
H
0000
H
1
1
1
1
1
1
0
1
H
x
0001
H
0
1
1
0
0
0
0
2
H
x
0010
H
1
1
0
1
1
0
1
3
H
x
0011
H
1
1
1
1
0
0
1
4
H
x
0100
H
0
1
1
0
0
1
1
5
H
x
0101
H
1
0
1
1
0
1
1
6
H
x
0110
H
0
0
1
1
1
1
1
7
H
x
0111
H
1
1
1
0
0
0
0
8
H
x
1000
H
1
1
1
1
1
1
1
9
H
x
1001
H
1
1
1
0
0
1
1
10
H
x
1010
H
0
0
0
1
1
0
1
11
H
x
1011
H
0
0
1
1
0
0
1
12
H
x
1100
H
0
1
0
0
0
1
1
13
H
x
1101
H
1
0
0
1
0
1
1
14
H
x
1110
H
0
0
0
1
1
1
1
15
H
x
1111
H
0
0
0
0
0
0
0
BI
x
x
xxxx
L
0
0
0
0
0
0
0
RBI
H
L
0000
L
0
0
0
0
0
0
0
LT
L
x
xxxx
H
1
1
1
1
1
1
1
表1.174LS48的功能表
4.4控制及报警电路设计
报警电路
任务要求在倒计时到0秒时LEDX2变亮报警，因次我们可以将192的输出端，当计时到0秒时最高位192的借位BO会由高电平跳变为低电平，LED导通，这样就产生了报警信号。
暂停、置位、清零
暂停可以通过在将借位信号和暂停控制信号和时序脉冲信号加到一起相与之后作用到小数位计数器减计数脉冲输入端，即实现计数器递减计数到零时，显示器不灭灯。
当开关打到低电平时计时器暂停，当开关打到高电平时计时器正常计时。
启动置位可通过192的异步置数：
MR=0
=0时，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0来使计时器置位启动。
LCAD（即
）端的置位功能连接。
清零可以通过192的异步清零：
MR=1时，Q3Q2Q1Q0=0000来使计时器清零。
CLR（即MR）端的清零功能的电路连接。
5、总体电路图
小结：
该篮球竞赛30S计时器的设计主要分为五个模块：
时钟模块、计数模块、译码显示模块、控制电路和报警电路，其中计数模块中的两片计数器的加计数器脉冲输入端都要接高电平，且要将低位片的借位信号加到高位片的减计数脉冲输入端。
高位片计数器的借位信号控制报警信号，在进行减计数时，借位信号一直为高，此过程报警信号不工作，当计数器减计数到零时，借位信号变为低，LED导通，这样就产生了报警信号。
这是该计时器的一个简单的工作流程。
6、元件清单
1.芯片：
LM555一片，74LS02一片,74LS04一片，74LS11一片，74LS48三片，74LS192三片，
2.电阻：
51KΩ一个,49KΩ一个，
3.电容：
970nF一个，10nF一个
4.三极管：
2N2222A1个
5.开关：
单刀双掷开关3个
5.共阴数码管：
1个
6.LED：
1个
7、PCB版图
7.1原理图
1.5PCB原理图
7.2印刷电路板
无覆铜：
1.6无覆铜印刷电路板
小结：
PCB原理图及印刷电路板是使用AltiumDesigner10设计的，在设计过程中遇到的了一些问题但是都解决了，布线比较慢。
8、设计心得
课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。
在设计中，我充分应用我们所学的知识，例如：
集成电路74LS系列、三极管、二极管、整定时器555等元件的应用。
这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了我的实际操作能力。
在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。
这次设计所用的的工具是Multisim11、AltiumDesigner10由于之前接触过类似的软件，所以画图和仿真就比较方便，使设计的质量得到了保证。
在设计过程中还是遇到很多困难的，例如192芯片的置数问题需要低电平启动、高电平运行；而且在最后保持00状态时也出现过问题，最后利用十位数计数器的借位信号用来控制该状态。
仿真过程中用的protues软件，该软件还是比较简单好用的，例如可以用方波来直接代替555定时器，而且不用经过译码显示电路直接由192连接到七段数码显示管可直接显示数字，这些功能在AltiumDesigner软件中都得自己去慢慢实现，有的时候元器件确实不好找，但大概原理可以理解，所以在同学的帮助下都一一实现。
PCB板确实不太好弄，也是在同学帮助下慢慢学到一些，才弄出来的。
9、参考文献
1、数字电子技术基础（第四版）阎石主编北京：
高等教育出版社
2、模拟电子技术基础（第四版）童诗白华成英主编北京：
高等教育出版社
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