篮球竞赛24s计时器DOC.docx

1、篮球竞赛24s计时器DOC 电子课程设计篮球竞赛24s计时器 学院：电子信息工程学院 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 2014年12月 一、设计任务与要求-3二、总体框图-3三、选择器件-4四、功能模块-10 五、总体设计电路图-14六、硬件调试-17七、心得与总结-17 篮球竞赛24s计时器一 、设计任务与要求 1、设计一个具有显示24S计时功能的篮球竞赛计时器。 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24S递减计时器，其时间间隔为0.01秒。 4、计时器减计时到零时，发出报警信号。 二 、基本原理与电路框图 1. 电路框图 篮球竞赛24秒计时器

2、的电路框图如图2-1所示。图2-1 电路框图 2. 基本原理 (1) 24秒计时器的总体参考方案框图如图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是系统的主要模块。计数器完成24秒 计时功能，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与灭灯、定时时间到报警等功能。(2) 秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对 此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。(3) 译码显示器是DCD_HEX七段发光二极管。报警电路

3、在实验中可用发 光二极管和蜂鸣器组成。三 、选择器件 1.原件清单 该设计所用的器件如表3-1所示。 表3-1 元器件清单序号用途型号数量1十进制计数器74LS1922片2多谐振荡器CM5551片3二输入或门74LS321片4二输入与门74LS081片5八输入或门1片6六输入或非门1个7数码管2个8灯泡1个9蜂鸣器1个10电阻、电容若干 2. 元件介绍 （1）74LS192 74LS192为可置数的同步十进制双时钟加减计数器，如图3-1所示它具有上升沿有效的加计数时钟端UP和减计数时钟端DOWN；该计数器具有异步清零端，当清零信号CLR为高电平时，实现清零功能；该计数器还有异步置数功能，当置数

4、信号LOAD为低电平时，实现预置数；当计数器加计数，且计数值为9时，进位端CO输出宽度等于加计数脉冲UP的低电平脉冲；当计数器减计数，且计数值为0时，借位端BO输出宽度等于减计数脉冲DONW的低电平脉冲。执行加数功能时，减计数端DOWN接高低电平，计数脉冲由UP端输入；执行减数功能时，加数端UP接高电平，计数脉冲由减数端DOWN输入。74LS192的管脚图如图3-1所示。74LS192的功能表如表3-2所示。图3-1 74LS192的管脚图表3-2 74LS192功能表输 入输 出CRLDUPDOWNDCBAQDQCQBQA1*000000*abcdabcd011*加计数功能011*减计数功能

5、 （2）555定时器 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555。555定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现本设计所需的单稳态触发器。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。 其逻辑框图555定时器的逻辑框图如图3-2所示。图3-2 555逻辑框图 内部原理结构555定时器的内部原理结构如图3-3所示。图3-3 555内部原理结构 功能表在1脚接地，5脚未外接

6、电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表3-3所示。 表3-3 555时基电路的功能表清零端高触发端TH低触发端Qn+1放电管T功能00导通直接清零10导通置011截止置11Qn不变保持 （3）数码管 数码管按照其发光二极管的连接方式不同，可分为共阳极和共阴极两种。共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平，而阳极分别由 a、b、c、d、e、f输入信号驱动，当某个输入为高电平时，相应的发光二极管点亮；共阳极数码管则相反，它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平，而阴极分别由 a、b、c、d、e、f输入信号驱动，当某个输入为低电平时，相应的发光二极

7、管点亮。 由于计数器输出的是8421BCD码，数码管不能直接显示成数字，为了让数码管显示人们看懂的数字，就需要把计数器输出的8421BCD码转换成数码管显示的阿拉伯数字，这就需要译码器的翻译。本设计采用DCD_HEX七段发光二极管译码显示器。DCD_HEX为共阴极LED数码管。显示器引脚从左到右依次为：4,3,2,1。该显示包含了译码功能，所以无需专门的译码器。 数码管的符号如图3-4所示。图3-4 数码管的逻辑符号 （4）与门 与门是实现“与”运算的门电路。与门的逻辑符号如图3-5所示，与门的功能表如表 3-4所示。 图3-5 与门的逻辑符号表3-4 与门的功能表 输 入 输 出 A B Y

8、 0 0 00 1 0 1 0 0 1 1 1 (5) 或门 或门是实现逻辑“或”运算的逻辑电路。或门的电路图如图3-6所示，或门的功能表如表3-5所示。图3-6 或门的符号 表3-5 或门的功能表 输 入输 出 A B Y 0 0 00 1 1 1 0 1 1 1 1 （6）或非门 或非门实现或非逻辑。其符号如图3-7所示。图3-7 或非门的符号 其功能表（真值表）如表3-6所示。表3-6 或非门真值表输 入输 出ABY001010100110四 、功能模块 1. 秒脉冲发生器 用555集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器。原理与功能见上页，公式如下：Tw1=0.7 (R2 +R1)

9、C1 Tw2=0.7R1 C1。 振荡周期计算公式：T=0.7 (R2+2R1) C10.01s。秒脉冲发生器的电路图如图4-1所示。图4-1 秒脉冲发生器 2. 24S倒计时电路 根据设计要求实现二十四进制递减，所以该电路需要使用两个十进制同 步减法计数，因此使用2个74LS192芯片级联来实现技术功能；又因为该计数器是24进制循环，所以还使用了8输入或门。 74LS192级联是把两个置数段相连，因为要求是递减的24进制，所以把up端接在电源处，把第一个芯片的减计数脉冲DOWN与第二个芯片的借位端BO相连；另一要求是24进制循环，因此还需要使用8输入或门来实现，当两个芯片计数到“00”时，8

10、输入或门输出“0”送给置数端，使芯片又显示成“24”,24秒倒计时电路的电路图如图4-2所示。 图4-2 24s倒计时电路 3. 控制开关的设计 在本次设计中，由于设计的要求，要实现计数器的暂停、置数和回秒控制，所以需要设计三个开关来控制电路。 （1）置数开关、清零开关 该设计要求24进制递减且循环具有置数、清零的作用，因此需要加入与门和或门。将8输入或门的输出端连接在与门的一端，与门的另一端接在置数开关之前；将或门的一端接在与门的输出端，或门另一端接在清零开关之后，其输出端接在两个芯片的置数端LOAD相连处。电路如图4-3所示。图4-3 置数、清零开关电路图（3）控制开关 因为555产生秒脉

11、冲全靠给C2充放电产生，所以只需中断C2的充放电即可，所以在C2的另一端用一个开关控制接地，这就形成了暂停/连续开关，暂停开关的电路图如图4-4所示。 图4-4 暂停开关电路图 4. 报警电路 当数码管显示00的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。报警电路如图4-5所示。图4-5 报警电路图5、总体设计电路图根据设计要求用555集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器。实现二十四进制递减，所以该电路需要使用两个十进制同 步减法计数，因此使用2个74LS192芯片级联来实现技术功能；又因为该计数器是24进制循环，所以还使用了8输入或门。要实现计数器的暂停、置数和回秒控制，所以需要设计三

12、个开关来控制电路。当数码管显示00的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。篮球竞赛24秒计时器是的总体电路如图5-1所示。 图5-1 篮球竞赛24秒计时器总体电路 1. 计时预备阶段 该设计是篮球球竞赛24秒计时器，所以要求是24进制递减计数，开始仿真时，置数、清零、暂停3个开关全都处于断开状态，数码管显示的是24。电路如图5-2所示。图5-2 计时具备阶段电路 2. 计时阶段 电路开始计时的电路图如图5-3所示。图5-3 电路计时阶段的电路 3. 暂停电路 在电路运行的状态下，按下开关3使暂停开关接通，计数停止，电路如图5-4所示。图5-4 暂停电路 4. 电路报警 在电路运行的状态下

13、，电路持续递减直到数码管显示为“00”时，电路发生报警，灯x1亮，电路如图5-5所示。 图5-5 报警电路6、硬件调试实验室里没有足够的元器件，所以有些元件需要筛减并对主要电路进行了硬件操作验证。我只做了一个74LS192异步置数从9递减到0是把借位端BO和非门相连，之后非门输出和置数端LOWN相连；把清零端CLR接在开关上；因为实验室没有四输入或非门，因此可用或门和非门来替代，输出端Y接在LED上。开关S1接高电平显示器显示0，接低电平正常工作。显示器显示0输出端Y输出1，LED灯亮，其他情况则不亮。7、设计心得与总结 这次的课程设计我学到了好多，通过Multisim软件，可以很方便的实现计

14、算机仿真和虚拟实验，与传统的实验方法相比，通过Multisim仿真可实现设计与实验可以同步进行，且修改电路容易，连线直观。但是在调试的过程中也遇到了很多麻烦，浪费了很多时间，有的是电路图设计的不对，有的是因为对逻辑电路的理解不到位，所以在修改的过程中困难也是不小的。在这期间，我查了很多资料，有的器件在理论上可行，但是在实际运行的过程中确是不可以的，因此我有时得不到仿真的结果就不断换器件重新连线是电路运行。Multisim软件有时会出问题，在理论上可行的电路在调试中未必能显示出来，这就需要不断地尝试才能得出正确的答案。 通过课程设计我对学过的数电知识有了总体上的把握，对数电课程系统认真的复习了一遍，特别对一些能见如74LS192.多谐振荡器555等有了深刻的理解和认识，对逻辑门电路的理解也进一步理解了。同时在设计的过程中学会了独立思考解决问题，提高了逻辑思维能力，在逻辑电路的分析和设计上有了很大进步。纵观整个课程设计，收获颇丰。