电子线路课程设计篮球竞赛30秒计时器.docx

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电子线路课程设计篮球竞赛30秒计时器

1设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍

1.1设计课题任务

设计并制作一个篮球竞赛计时器

1.2功能要求说明

1.准确计时，具有显示30秒计时功能；

2.设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停、连续功能；

3.计时器为30s递减计时器，其计时间隔为1s；

4.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。

1.3总体方案介绍

篮球竞赛30秒计时器的总体方案框图如图1.1所示。

它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个模块组成。

其中计数器和控制电路时系统的主要模块。

计数器完成30秒技术功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示、定时完成报警等功能。

图1.130秒计时器的总体方案框图

2单元电路的设计

2.1秒脉冲发生器

2.1.1秒脉冲发生器设计原理

用555集成电路组成多谐振荡电路如图2.1所示。

电路的工作原理是：

接通电源，电源经外接电阻R1和R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当电压上升至2/3VDD时，会使比较器A1翻转输出低电平，RS触发器复位，输出端U0=0，同时三极管VT导通，电容C通过R2和VT放电，当电容电压下降到1/3VDD时，比较器A2翻转输出低电平，RS触发器置位，输出端变为高电平，三极管VT截止，C放电终止又开始充电，周而复始，输出端便可获得周期性的矩形脉冲波。

电容C的放电时间t1与充电时间t2分别为

t1=R2CIN2≈0.7R2C

t2=（R1+R2）CIN2≈0.7（R1+R2）C

可得输出脉冲波的频率为

f=1/（t1+t2）≈1.43/（R1+2R2）C

图2.1555集成电路组成多谐振荡电路

2.1.2秒脉冲发生器设计方案

一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，由于本次课程设计对精度要求不高，因此选择用555集成电路组成多谐振荡电路产生f=10Hz的周期性矩形脉冲波。

555集成电路组成多谐振荡电路参数设计如图2.2所示。

图2.2555集成电路组成多谐振荡电路参数设计

用74LS161构成10进制计数器如图2.3所示，当周期为0.1秒的脉冲信号由CLK端进入计数器时，每隔10个脉冲74LS161计数一次，所以从CO输出端输出周期为1秒的脉冲信号，完成秒脉冲的设计。

图2.374LS161构成10进制计数器

2.2计数器

8421BCD码30进制递减计数器由两片74LS192构成。

74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。

当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的CPD端，端接到下一级的CPU端即可。

此计数器预置数为N=（00110000）8421BCD=（30）10。

它的计数原理是，只有当低位借位端发出负跳变借位脉冲时，高位计数器才做减1计数。

当高，低位计数器全为0，且CPD为0时，计数器完成并行置数，之后，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。

8421BCD码30进制递减计数器如图2.4所示。

图2.48421BCD码30进制递减计数器

2.3译码显示

用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。

74LS48专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。

若将计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。

译码显示电路如图2.5所示。

图2.5译码显示电路

2.4控制电路

此控制电路可以完成以下功能：

1、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。

2、当“暂停/连续”开关处于“暂停”时，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“继续”开关，计数器继续累计计数。

3、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路（发光二极管）工作。

电路图见电路原理图。

2.5报警电路

报警电路如图2.所示，两片74LS192的借位输出端与图中的非门输入端相接，当两片74LS192同时有借位输出时，即输出低电平时，二极管导通发光，达到光电报警的作用。

图2.6报警电路

2.6电路原理图和PCB图

2.6.1电路原理图见附录A

2.6.2电路PCB图见附录B

3芯片引脚及功能说明

3.1555定时器

NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。

图3.1555定时器引脚图

NE555引脚图介绍如下：

1地GND 2触发 3输出 4复位 

5控制电压 6门限（阈值） 7放电 8电源电压Vcc

表3.1555定时器功能表

输入

输出

复位

TH

Q

VT1状态

0

×

×

0

导通

1

＜

＜

1

截止

1

＞

＞

0

导通

1

＞

＜

原状态

不变

3.274LS161

74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器。

图3.274LS161引脚图

74LS161引脚图介绍如下：

CP为时钟输入，P0~P3为数据输入端，/MR清零，使能CEP和CET，PE为置数端，Q0~Q3为数据输出端，以及进位输出TC。

表3.274LS161功能表

3.374LS192

74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

图3.374LS192引脚图

74LS192引脚图介绍如下：

CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。

LD为预置输入控制端，异步预置。

CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

CO为进位输出：

1001状态后负脉冲输出，  

BO为借位输出：

0000状态后负脉冲输出。

表3.374LS192功能表

输入

输出

CR

功能表

CPU

CPD

D3

D2

D1

D0

Q3

Q2

Q1

Q0

1

X

X

X

X

X

X

X

0

0

0

0

0

0

X

X

d

c

b

a

d

c

b

a

0

1

1

1

X

X

X

X

保持

0

1

1

X

X

X

X

加计数

0

1

1

X

X

X

X

减计数

3.474LS48

段显示译码器74LS48是输出高电平有效的译码器。

图3.474LS48引脚图

74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。

由74LS48真值表可获知74LS48所具有的逻辑功能：

（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）

在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。

除DCBA=0000外，RBI也可以接低电平，见表1中1～16行。

（2）消隐功能（BI=0）

此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。

该功能主要用于多显示器的动态显示。

（3）灯测试功能（LT=0）

此时BI/RBO端作为输出端，端输入低电平信号时，表1最后一行，与及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。

该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。

（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）

此时BI/RBO端也作为输出端，LT端输入高电平信号，RBI端输入低电平信号，若此时DCBA=0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。

DCBA≠0，则对显示无影响。

该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。

表3.474LS48功能表

4仿真结果及分析

4.1仿真总原理图

图4.1仿真总原理图

4.2仿真结果

数码管显示：

555定时器输出f=10Hz的脉冲：

小结

课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。

整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。

通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力也增强了我其它方面的能力。

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、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Multisim10.0.1,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。

本次课程设计提高了我的综合动手能力和工程设计能力，它使我的理论知识得到了综合应用，培养我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。

电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。

我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。

课程设计的自主设计、学习和研究过程中，通过写课程设计的总结报告，初步训练我的书面表达能力。

组织逻辑能力，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步发展帮助较大。

同时也加强了对课本知识的理解，使我们做到理论和与实际的联系，收获很大。

并且我也深深地体会到自己所学知识的不足，激发了我的自学能力和应对挑战的能力。

为今后学习打下了良好的基础，也培养了我们严谨务实的作风。

元件清单

元件名

数量

参数

电阻

3

5.1k

1

1k

1

4.7k

电容

1

0.1uf

1

10uf

滑动变阻器

1

10k

一位七段共阴数码管

2

74LS48

2

74LS192

2

74LS161

1

74LS00

2

74LS04

1

555

1

微动开关

1

六脚开关

1

拨动开关

1

发光二极管

2

DC电源座

1

插针

4