篮球竞赛计时器.docx
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篮球竞赛计时器
电子技术课程设计
篮球竞赛计时器
目 录
第一章绪论3
1.1设计题目3
1.2设计任务及要求3
1.2.1设计任务3
1.2.1性能指标要求3
1.2.1设计要求3
第二章电路框图及工作原理3
2.1设计方案3
2.2电路框图3
第三章单元电路的设计4
3.124进制计数器的设计4
3.2数码显示电路的设计6
3.3秒脉冲的设计7
3.4控制开关电路的设计9
3.5报警电路的设计9
3.6总电路说明10
第四章小结及体会11
参考文献12
附录一篮球竞赛24秒计时器总电路原理图13
附录二元器件清单14
第一章绪论
1.1设计题目
篮球竞赛计时器设计
1.2设计任务及要求
1.2.1设计任务
设计一个篮球竞赛计时器，要求具有24秒倒计时显示、暂停，清零，时间到报警等功能。
1.2.2性能指标要求
1具有显示24秒倒计时功能；
2设置外部操作开关，控制计时器的清零、启动、暂停功能；
3计时器计时到零时，具有报警功能。
1.2.3设计要求
1画出电路组成框图；
2设计出完整电路，并确定各元件参数。
第二章电路框图及工作原理
2.1设计方案
采用计数器74LS160作为核心部分。
同时选择74LS48作为BCD码译码器来对7段数码显示管进行译码驱动，两个七段数码显示管进行显示。
采用555计时器制成的多谐振荡器，进行秒脉冲的输入。
因为我们需要对其进行暂停、清零、报警等控制，所以我们使用了三个开关来控制计数器的各功能的实现，从而实现各种功能。
2.2电路框图
24秒倒计时计时器的方案框图如图1所示。
它是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路等五个部分组成。
其中计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成24秒计时功能，控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数功能，译码显示电路完成数字显示功能，报警电路产生光电报警功能。
秒脉冲发生器产生时钟脉冲信号，这个信号作为电路的定时标准，其电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡其构成。
图124秒计时器系统设计框图
控制电路手动置数计数器，译码显示电路出现显示，秒脉冲发生器产生秒脉冲刺激计数器递减，随之译码显示电路递减。
暂停/连续时，控制电路控制秒脉冲发生器暂停/连续秒脉冲，随之计数器和译码显示停止/连续工作。
译码显示为零时触发报警电路产生报警
第三章单元电路设计
3.124秒倒计时进制计数器的设计
计数器选用集成电路74LS160与与非门的连接进行设计，74LS160是十进制加法计数器，具有直接清零、置数、加计数功能。
如图2所示。
图2
PE是同步并行置数控制端（低电平有效），RCO是进位、输出端（低电平有效），CR是异步清零端,D3-D0是并行数据输入端，Q3-Q0是输出端。
74LS160的功能表如表1所示。
输入
输出
清零
预置
使能
CEPCET
时钟
CP
预置数据输入
D3D2D1D0
Q3Q2Q1Q0
进位
RCO
L
×
××
×
××××
LLLL
L
H
L
××
↑
D3’D2’D1’D0’
D3D2D1D0
#
H
H
L×
×
××××
保持
#
H
H
×L
×
××××
保持
L
H
H
HH
↑
××××
计数
#
表1
当LD=1，CR=0时，若时钟脉冲加到端CP，则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，RCO端发出进位下跳变脉冲。
由74LS160构成的十进制递减计数器如图3所示。
图3
其预置数为N=（11011011），输出数为M=（00100100）=（24）10。
在CD端的输入时钟脉冲作用下，开始递减。
只有当低位RCO端发出借位脉冲时,高位计数器才作减计数。
当高、低位计数器处于全零,完成一个计数周期，然后手动置数PL=0,计数器完成置数,再次进入下一循环减计数。
在CP端的输入时钟脉冲作用下，开始递减。
只有当低位RCO端发出借位脉冲时,高位计数器才作减计数。
当高、低位计数器处于全零,完成一个计数周期，然后手动置数LD=0,计数器完成置数,再次进入下一循环减计数。
3.2数码显示电路的设计
根据设计的要求采用74LS48译码器来驱动共阴极数码显示管。
74LS48芯片是一种常用的七段数码管驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中。
74LS48和共阴极七段LED显示器如图4连接。
这样连接74LS48可直接驱动共阴极LED数码管。
图4
74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线。
为测试端，低电平有效，当
=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，a～g输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。
为灭零输入端,低电平有效。
在
=1，
=1，且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭。
但当译码输入不全为0时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。
BI\RBI是一个特殊的端口，有时作用于输入，有时作用于输出，在这里不多做介绍。
74LS48功能表见表2。
输入
输出
字形
数字
ABCD
BI/RBO
abcdefg
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0000
1000
0100
1100
0010
1010
0110
1110
0001
1001
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1111110
1100000
1101101
1111001
0110011
1011011
1011111
1110000
1111111
1111011
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
消隐
脉冲消隐
灯测试
X
1
0
X
0
X
XXXX
0000
XXXX
0
0
1
0000000
0000000
1111111
8
表2
七短数码管的引脚图如下图所示，在使用时要注意是共阳还是共阴，其中3脚和8脚相连为公共端，因为此次设计是使用的共阴极数码管，所以在电路中接地，6脚为小数点引脚，在设计中没要求不需要对其处理，如图5所示。
图5
3.3秒脉冲的设计
根据设计要求，电路需要产生间隔为一秒的时间脉冲，完成正确的计数功能。
所以选择NE555定时器来设计此电路。
从而产生标准的秒脉冲。
NE555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
引脚功能：
TH：
高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，
低电平触发端，简称低触发端，CVO：
控制电压端，OUT：
输出端。
DIS：
放电端，RES：
复位端。
工作原理见表3。
输入
输出
TH
RES
OUT
DIS
×
×
L
L
导通
<
VCC
<
VCC
H
H
截止
<
VCC
>
VCC
H
不变
不变
>
VCC
×
H
L
导通
表3
用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供脉冲，如图6所示。
R2、R5和C1为外接定时元件，高、低电平触发输入端项链并接到定时电容C1上，R1和R2的节点与放电端相连，电压控制端不用，通常接0.01uF电容C2。
接通电源后，VCC通过R2、R5对C1充电，DIS上升。
开始时DIS<
VCC，即高电平触发端TH<
VCC，低电平触发
<
VCC，定时器置位，放电管截止。
随后DIS越充越高，当DIS>
VCC，高电平触发端TH>
VCC，低电平触发端
>
VCC，定时器复位，放电管饱和导通，C1通过R5放电，DIS下降。
当DIS<
VCC时，又回到高电平触发端TH<
VCC，定时器又置位，放电管截止，C1停止放电而重新充电。
如此反复，形成振荡波形提供脉冲。
公式：
Tw1=0.7（R2+R5）C1Tw2=0.7R2C1
振荡周期计算公式：
T=0.7（R2+2R5）C1≈1s
图6
3.4控制开关电路的设计
在本次设计中需实现计数器的暂停、复位和启动控制，为了简单，我们只需用一个开关来控制启动和复位功能。
启动复位开关和74LVC161的11脚相连即可。
在这里，主要介绍暂停/连续开关的设计，因为555产生秒脉冲全靠给C1充放电产生，所以只需中断C1的充放电即可，所以在C1的另一端用一个开关控制接地，这就形成了暂停/连续开关。
3.5报警电路的设计
根据设计要求，要产生光电报警，我们采用5个或门组成一个选择电路，一个发光二极管产生光亮，一个蜂鸣器发出报警。
如图7所示。
图7
或门OR1的输入与高位74LS160的低两位输出端相连，OR2、OR3与低位74LS160输出端相连。
当输出端全部为低电平时OR5的输出才为低电平，此时导通发光二极管和蜂鸣器，产生光电报警信号。
3.6总电路说明
篮球竞赛24秒计时器主要是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路组成。
控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。
由附录1可见图中有SW1和SW2两个开关，SW1为置数，SW2为暂停。
SW1闭合，74LS160被置数，显示电路出现数字24。
完成置数后断开SW1，启动计时。
若此时秒脉冲电路的SW2为断开，则产生连续秒脉信号输入到计数器，数码管上的数字就会自动减1，闭合SW2，秒脉冲暂停，计数递减暂停，断开SW2又恢复计数递减，这就实现了暂停/连续功能。
在计数递减的同时，74LS160的8个输出端也随之产生高低电平变化来控制报警电路5个或门的高低电平的变化。
由附录1可见，5个或门的排列必须当74LS160的8个输出全为低电平时，换而言之，就是计数到零时，或门最后一个输出的才是低电平，从而触发发光二极管和蜂鸣器，产生亮光和警报声，达到了光电报警的。
小结及体会
本设计主要通过电路板块的思想，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、置数、暂停/连续功能，其中启动、置数由SW1开关来完成，通过SW2开关从而实现断定计时功能，暂停由SW3开关来完成。
至此，本设计完成所有任务及要求。
结束语
此次毕业设计让我获益匪浅，使我尝到了将所学的知识用于实践的喜悦和成就感。
我将课本理论知识与实际应用联系起来，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析研究此次毕业设计的任务和要求，然后分析选出方案做出设计，再进一步完善设计。
在其中遇到一些不解和疑惑的问题时首先自己分析，再认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决，最终完成了此次设计。
此设计制作的篮球竞赛24秒计时器是一个实用性设计。
设计的成功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，也在研究与电子爱好追求上做了一个很好的起步。
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。
同时非常的感谢在设计与制作的过程中热心指导与帮助我的老师和同学们。
参考文献
1.康华光主编《电子技术基础（数字部分）》高等教育出版社2005
2.温如坤、高志敏主编《数字电子技术基础实验》湖北汽车工业学院2004
3.白中英主编《数字逻辑与数字系统》科学出版社2002
4.谢自美主编《电子线路设计.实验.测试》华中科技大学出版社2001
5.朱余钊主编《电子材料与元件》西安电子科技大学出版社2002
6.杨志忠主编《数字电子技术》高等教育出版社2000
7.王彦平主编《PROTEL99电路设计指南》清华大学出版社2000
8.朱清慧、张凤蕊主编《Proteus教程》清华大学出版社2008
附录一
附录二
元器件清单
项目代号
名称
规格
数量
备注
更改
U1、U2
译码器
74LS48
2
U3、U4
计时器
74LVC161
2
U5
定时器
NE555
1
C1
电容
10uf
1
C2
电容
0.01uf
1
R1
电阻
50
1
R2
电阻
20k
1
R3
电阻
0.2K
1
R4
电阻
1K
1
R5
电阻
62K
1
OR1~5
或门
74LS32
5
D1
发光二极管
LED-RED
1
SW1、SW2
开关
K
2
BUZ
电容
4.7uF
1
DS1、DS2
7段数码管
共阴
2
1~8
异或门
74F86D
8
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