24秒倒计时课程设计.docx

24秒倒计时课程设计.docx

《24秒倒计时课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《24秒倒计时课程设计.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

24秒倒计时课程设计

目录

摘要..........................................1

第一章设计任务及要求................................1

2.1设计背景........................................1

2.2设计任务及要求................................1

2.3设计目标........................................1

第二章电路设计...................................1

3.1设计原理及组成部分............................1

3.2单元模块......................................3

第三章电路仿真与调试..............................5

第四章问题分析及总结.................................6

第五章运行仿真结果.................................7

第六章参考文献......................................9

第七章原件清单.......................................9

摘要

本次课程设计以篮球比赛24秒倒计时器为课题，主要能完成：

具有准确的24s倒计时显示功能，计时器为24s递减计数；设置外部操作开关，启动和暂停/连续功能，计时器为24s递减计时器，计时时间间隔为1s；计时器递减计时至0时，能发出光电警报信号。

整个电路的设计借助于Multisim仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim下设计和进行仿真，得到了预期的结果。

关键字计时器篮球倒计时器Multisim仿真

第一章设计任务及要求

设计背景

在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就是犯规。

本课程设计的“篮球竞赛24秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间24秒限制。

一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。

设计任务及要求

（1）具有准确的24s倒计时显示功能，计时器为24s递减计数；

（2）设置外部操作开关，启动和暂停/连续功能，

（3）计时器为24s递减计时器，计时时间间隔为1s；

（4）计时器递减计时至0时，能发出光电警报信号。

设计目标

（1）根据给出的电路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模块的管脚及其功能；

（3）进行电路的安装、测试，知道电路能达到设计目标；

（4）写出完整、详细的课程设计报告。

第二章电路设计

设计原理及组成部分根据设计任务，该系统包括秒脉冲发生器、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24秒倒计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的清零，启动和暂停/连续功能、译码显示电路的显示与灭灯及发光报警的功能。

篮球24s计时器的原理框图如下图所示。

它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路、控制电路五部分组成。

译码显示电路

24秒计数器

秒脉冲电路

报警电路

外部操作开关

控制电路

篮球比赛24秒计时器原理框图

根据原理图，进行仿真实验，上图是仿真时的连线图

（1）计数译码显示部分计数器构成8421BCD码24进制递减计数器，用LED数码管组成译码器显示部分。

（2）秒信号源产生电路用555定时器和分频电路组成十分频产生秒信号。

（3）时序控制部分工作时，启动置数开关控制电路封锁时钟脉冲（CP）,与此同时，产生预置信号，使数码管显示24字样。

置数开关断开，开始递减计数。

当暂停开关断开时，此时暂停计数；并处于保持状态；当暂停开关闭合时，计数器继续递减计数。

当计数到零时，LED警报灯亮，停止计数。

单元模块

（1）秒信号源的设计我们用555定时器构成多谐振荡电路。

555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。

R2又开始充电；周而复始，形成振荡。

另外，为了提高精度可以将555设置成产生0.1s脉冲。

在用分频器（74LS160连接成10进制计数器）分频长1s脉冲。

这样理论误差会缩小。

555定时器构成多谐振荡电路，通过计算可以确定参数的取值：

，

，

因此，产生的脉冲周期为：

，再通过十进制74LS160计数器用异步清零法组成十分频，使得74LS160计数器产生的脉冲周期为1s。

74LS160的功能真值表：

SR

PE

CET

CEP

ActtonontheRlaingClockEdge

L

X

X

X

RESET

H

L

X

X

LOAD

H

H

H

H

COUNT

H

H

L

X

NOCHANGE

H

H

X

L

NOCHANGE

555定时器构成多谐振荡电路

555定时器产生脉冲，74LS160计数器产生十分频，为下一级的减法计数器提供周期为1S的时钟脉冲，如图：

555定时器构成多谐振荡电路仿真图

（2）递减计数器模块74LS190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。

74LS190是双时钟方式的十进制可逆计数器。

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。

74LS190功能真值表

输入

输出

MR

D3

D2

D1

D0

Q3

Q2

Q1

Q0

1

×

×

×

×

×

×

×

0

0

0

0

0

0

×

×

d

c

b

a

d

c

b

a

0

1

↑

1

×

×

×

×

加计数

0

1

1

↑

×

×

×

×

减计数

（3）控制电路部分工作时，启动置数开关控制电路封锁时钟脉冲（CP）,与此同时，产生预置信号，使数码管显示24字样。

置数开关断开，开始递减计数。

当暂停开关断开时，此时暂停计数；并处于保持状态；当暂停开关闭合时，计数器继续递减计数。

当计数到零时，LED警报灯亮，停止计数。

第三章电路仿真与调试

十位脉冲显示：

开始Q3，Q2，Q0为低电平Q1为高电平，即为2，经过是十脉冲，Q3，Q2，Q1为低电平，Q0为高电平，即为1，则十位的74LS190减法计数器正常工作。

个位脉冲显示：

开始Q3，Q1，Q0为低电平，Q2为高电平，为4，接着Q3，Q2,为低电平，Q1，Q0为高电平，为3，证明个位的74LS190减法计数器正常工作。

问题分析及解决

此次课程设计的主要问题集中在电路设计上，仿真实验也有问题，但通过大家的讨论能找出问题的所在并加以改正。

例如，在面对如何可以实现暂停功能时，一开始我们想让它清零，在预置就可以实现，通过仿真不能实现，之后经过小组的讨论之后，发现只要在断了脉冲信号就能够实现，于是我们就在脉冲路径加了个电键。

一开始倒计时功能倒计时得很快，远远快于1s，这个速度应该是多谐振荡的时间周期，分析可能是160有错误，经过检查发现74LS160的十分频设计错误，后来把它改正了电路也能实现该有的功能了。

此外，对电路中的芯片引脚有些不熟悉，接错后运行不成功，经过大家的检查，终于圆满完成。

总结

篮球竞赛24s计时器的设计只要分为6个模块：

外部控制，时序控制，24s计数，秒信号源，报警电路和译码显示。

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，在进行减计数时，当高低位的输出为0000,0000时发光管导通，发出警报。

当暂停开关接高电平时，24秒计数器停止计时（保持），工作时接低电平，当置数开关接低电平时将LED置为24，工作时接高电平。

此课程设计所设计制作的篮球竞赛24秒计时器是一个实用性设计。

此次设计的成不仅为所学的专业课程打下了坚实的基础，提高了我们对分析与解决问题的能力，在这个设计中，我学到了学习理论时学不到的东西，不但锻炼我的动手能力而且巩固我们所学的理论知识，这样实践与理论相结合就可以更快而有效地掌握知识。

本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。

在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争，同时在查找资料的过程中我也学到了许多新的知识，在和同学协作过程中增进同学间的友谊，使我对团队精神的积极性和重要性有了更加充分的理解。

最后，感谢老师对我们的细心的指导。

设计过程中，我们遇到一些诸如时钟脉冲的控制、计数器计数问题等，老师给了我们很大帮助，正是由于老师的认真的辅导，使我们的课程设计能够顺利的完成，与此同时，我们的数电理论知识得以掌握和理解。

第五章运行仿真结果

Protel电路

protel绘制系统原理图

电路印刷版

电路印刷版

电路仿真开始启动置数24工作时，启动置数开关控制电路封锁时钟脉冲（CP）,与此同时，产生预置信号，使数码管显示24字样。

置数开关断开，开始递减计数。

启动置数24

电路仿真运行当暂停开关断开时，此时暂停计数；并处于保持状态；当暂停开关闭合时，计数器继续递减计数。

倒计时过程中暂停

电路仿真结束当计数到零时，LED警报灯亮，停止计数。

倒计时计数到零报警

第七章参考文献

［1］阎石．《数字电子技术基础》．北京：

高等教育出版社，2005；

［2］毕满清．《电子技术实验与课程设计》．北京：

机械工业出版社，2013；

［3］罗宜春．《PROTEUS入门教程》．2010年9月；

［4］袁小平．《电子技术综合设计教程》．北京：

机械工业出版社，2009；

［5］臧春华．《综合电子系统设计与实践》．北京：

北京航天航空大学出版社；

［6］陈汝全.《电子技术常用器件应用手册》.北京：

机械工业出版社，2003；

［7］谢自美.《电子线路设计.实验.测试》.北京：

电子工业出版社，2008

第八章原件清单

器件

型号

个数

数码管

DCD_HEX_DIG_RED

2

计数器

74LS190

2

电阻

7K欧

1

电阻

64k欧

1

电容

100nf

1

电容

10nf

1

555定时器

555_VIRTUAL

1

单刀双置开关

SW

2

灯

LED

1

或门

74LS32D

4

与门

7408J

2

或非门

74LS27D

1