篮球竞赛30秒计时器分析.docx
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篮球竞赛30秒计时器分析
江汉大学物理与信息工程学院
课程设计报告
课题名称：
篮球竞赛30秒计时器
专业：
电子与信息工程
班级：
B08073011
学号：
200807301138
学生姓名：
胡志斌
指导教师：
叶娅
2010年 12 月 31日
摘要
本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30秒计时器。
此计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能，同时用了数码管来显示时间。
此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便的实现断电计时功能，当计数器减到零时，会发出光电报警信号。
本设计完成的中途计时功能，实现了在许多特定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的应用价值。
此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成：
计时模块、控制模块、译码显示模块。
在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。
此电路是以时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。
关键字:
计时器光电报警模块化
一、设计目的
1、掌握篮球30秒计时器的设计、组装、调试的方法。
2、熟悉相应中大规模集成电路的用法和工作原理。
二、设计内容及要求
用集成芯片设计一个篮球30秒倒计时的电路，要求具有以下功能：
1、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、连续的功能。
3、计时器为30S递减计时，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。
三、原理框图
30秒计时器的电路框图如图3.1所示，它包括：
定时电路，计数电路，显示译码电，光电报警电路和控制电路。
其中计时器是系统的核心部分，它主要完成30秒计数功能，由74LS192完成；控制电路用来完成置数、清0、启动、暂停和继续的功能；定时电路用来控制计数的周期，由555集成电路定时器来完成。
图3-1
四、单元电路设计
4.1秒脉冲发生器
1、用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟，如图2连接：
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。
则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。
图2 多谐振荡器
输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：
tpH：
uC（0）=VCC/3V、uC（∞）=VCC、t1=（Ra+Rb）C、
当t=tpH时，uC（tpH）=2VCC/3代入三要素方程。
于是可解出
tpH=0.7（Ra+Rb）C
tpL：
uC（0）=2VCC/3V、uC（∞）=0V、t1=RBC、
当t=tpL时，uC（tpL）=VCC/3代入公式。
于是可解出
tpL=0.7RbC
振荡周期T=tpH+tpL=0.7（Ra+2Rb）C=0.1（s）
2.用CC40161构成10进制计数器，当周期为0.1秒的脉冲信号由下图CP端进入计数器时，每隔10个脉冲CC40161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。
4.2计数器
它是由两片74LS192的8421BCD码递减计数器构成。
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CP+端，端接到下一级的CP-端即可。
此计数器预置数为（00110000）8421BCD=（30）10。
只有当低位1端发出借位脉冲，高位计数器才做减计数。
当高，低位计数器全为零时，且CPD为0时，置数端2，计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。
4.3显示电路部分
直接将两片74LS192的QA、QB、QC、QD接到译码管的A、B、C、D端，即可对数字进行显示。
4.4辅助时序控制电路部分
此控制电路可以完成以下四项功能：
1、操作“清零”开关，要求计数器清零；闭合启动1，减计时器进入计数状态。
2、闭合“启动2”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动2”开关，计数器开始进行递减计数。
3、当“暂停/连续”开关处于“暂停”是，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
4、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。
5.下图控制部分，与非门T2，T4人作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，当T4输出为1时，T2关闭，封锁CP信号；当G4输出为0时，T2打开放行CP信号，而T4的输出状态又受外部操作开关（启动2，暂停、连续）的控制。
6．同时应注意的是如图可以知道两个与非门构成的基本RS触发器，构成去抖动电路，防止产生机械开关的毛刺现象，并控制输入信号的输入从而达到，暂停计时和继续计时。
控制电路中SR锁存器功能表：
S
R
Q
ˉQ
锁存器状态
0
0
不变
不变
不确定
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
保持
4.5报警电路部分
当芯片1和2输出为低电平时，发光二极管工作，发出光电报警。
BO1和BO2分别为两片74LS192的BO输出端.
五、芯片功能说明
5.174LS192芯片
74LS192引脚图
74LS192功能表
5.2555芯片
555定时器的内部电路框图及管脚排列分别如图1和图2所示。
图1555定时器的内部电路框图
图2555定时器的管脚排列
555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
下图是555多谐振荡器的工作波形
5.3CC40161
CC40161功能表
CP-计数脉冲D0~D3-数据输入端-清除端Q0~Q3-输出端
-预置端CTP、CTT-使能端
六、整机电路图
七、收获体会
课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。
在两周与小组同学的交流中，我认识到合作的重要性。
在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。
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和团队精神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、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。
八、参考文献
1、康华光，《电子技术基础（数字部分）》，高等教育出版社，北京2000；
2、余孟尝，《数字电子技术基础简明教程（第三版）》，高等教育出版社，北京2006。
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