篮球竞赛30秒计时器报告__文档在线提供_

篮球竞赛30秒计时器__文档在线提供_ 690344590.doc 摘要 本课程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，同时应用了七段数码管来显示时间。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的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，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。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。 目录 前言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 第一章 计数器概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.1 计时器的特点及应用 „„„„„„„„„„„„„„5 1.2 设计任务及要求 „„„„„„„„„„„„„„„„6 第二章 电路设计原理及单元模块„„„„„„„„„„„„„7 2.1 设计原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.2 设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.3 单元模块 „„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2.3.1 8421BCD码递减计数器模块 „„„„„„„„10 2.3.2 时钟模块 „„„„„„„„„„„„„„„13 2.3.3 辅助时序控制模块 „„„„„„„„„„„14 2 690344590.doc 2.3.4 译码显示模块 „„„„„„„„„„„„„17 第三章 安装与调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 3.1 电路的安装 „„„„„„„„„„„„„„„„„20 3.2 电路的调试 „„„„„„„„„„„„„„„„„20 第四章 实验体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 结 论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 附 录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 25 前言 电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。 在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。 在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒限制。一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。 本设计主要能完成:显示30秒倒计时功能;系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能;在直接清零时，数码管显示器灭灯;计时器为30秒递减计时其计时间隔为1秒;计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。 整个电路的设计借助于EWB5.12仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在EWB5.12下设计和进行仿真，得到了预期的结果。 第一章 计时器概述 第 2 页 共 19 页 690344590.doc 1.1 计时器的特点及应用 随着社会文明的进步和科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域占有不可或缺的核心地位。在我国现代化建设的发展进程中，数字电子技术在国民经济和科学研究各个领域的应用也越来越广泛。而计时器恰恰是数字电子技术的一个重要组成部分，计时器是一个用来实现计数功能的时序部件，它不仅可以用来计脉冲个数，还常用来做数字系统的定时、分频，执行数字运算，以及其他特定的逻辑功能等等。 计时器的种类很多。按构成计时器的各触发器是否使用同一个时钟脉冲源来分，可以分为同步计时器和异步计时器。根据计时制的不同，可以分为二进制、十进制和任意进制计时器。根据计时器的增减趋势，又可以分为加法、减法和可逆计时器。还有可预置数和可编程序功能计时器等等。目前，无论是TTL还是CMOS集成电路，多有品种较齐全的中规模集成计时器，使用者只要借助于期间手册提供的功能表和工作波形图及管脚图排列，就能正确地使用这些器件。 1.2 设计任务及要求 1.2.1基本要求: (1) 具有显示30秒计时功能; (2) 系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续 功能; (3) 在直接清零时，要求数码管显示器灭灯; (4) 计时器为30秒递减计时，其计时间隔为1秒; (5) 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。 1.2.2 设计任务及目标: (1) 根据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块的管脚及其功能; (3) 进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求; (4) 写出完整、详细的课程设计报告。 1.2.3 主要参考器件: NE555 74LS161(1) 74LS192(2) 第 3 页 共 19 页 3 4 690344590.doc 第二章 电路设计原理与单元模块 2(1 设计原理 30秒计时器的总体参考方案框图如图2-1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30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。 秒脉冲发生器 计数器 译码 显示 外部操报警电路 控制电路 作开关 图2-1 30秒计时器系统设计框图 秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时，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。 译码显示电路由74LS48和共阴极七段LED显示器组成。报警电路在实验中可用发光二极管代替。 2(2 设计方案 分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停,连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。 当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“30”字样;当启动开关断开时，计数器开始计数;当暂停,连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态;当暂停,连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。 系统设计框图如图2-1所示。篮球竞赛30秒计时器实验电路如图2-2所示。 如果根据实验所提供的参考器件，还可在秒脉冲发生模块上做些变化，前者产生的脉冲周期直接是1秒;如果让其产生的秒脉冲频率为10Hz，触发脉冲输出的方波周期为0.1秒，再将该脉 第 4 页 共 19 页 690344590.doc 图2-2 篮球竞赛30秒计时器 冲信号送到由74LS161构成的十分频器，由74LS161输出的脉冲周期为1秒，再将该信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端。如此就可得到两个方案，由于两方案原理相同，故本设计只采用方案一所述，即直接由555多谐振荡器产生脉冲周期为1秒的脉冲。其电路如图2-2所示。 2(3 单元模块 2.3.1 8421BCD码递减计数器模块 计数器选用汇总规模集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加锁计数器，它采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、加锁计数功能。 图2-3是74LS192外引脚及时序波形图。图中、分别是加计数、减计数CPCPUD的时钟脉冲输入端(上升沿有效)。 LD是异步并行置数控制端(低电平有效)， 、分别是进位、借位输出端COBO (低电平有效)，CR是异步清零端，D3-D0是并行数据输入殿，Q3-Q0是输出端。 LD74192的功能表见下表2-1所示。其工作原理是:当=1，CR=0时，若时钟脉冲加到CP端，且CP=1 UD 第 5 页 共 19 页 5 6 690344590.doc 图2-3 74LS192外引脚及时序波形图 表2-1 74LS192功能表 第 6 页 共 19 页 RLD CP690344590.doc CP功 能U D D x x x 1 清零 x 0 x 置数 0 零零 0 1 1 加法计数 数 减法计数 1 0 1 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，端发出进位下跳变CO 脉冲;若时钟脉冲加到端，且 =1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功CPCPDU 端发出借位下跳变脉冲。由74LS192构成的三十进制递减能，当减计数到0时，BO 计数器如下图2-4所示 图2-4 8421BCD三十递减计数器 其预置数为N=(00110000)= (30)。 10 BO它的计数原理是 : 只有当低位 端发出借位脉冲时 , 高位计数器才作减计数。 1 LD当高、低位计数器处于全零 , 且 CP为 0 时 , 置数端 =0, 计数器完成并行2D 置数 , 在 CP端的输入时钟脉冲作用下 , 计数器再次进入下一循环减计数。 D 2.3.2 时钟模块 为了给计数器74LS192提供一个时序脉冲信号,使其进行减计数,本设计采用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如图2-6示. 其中555管脚图如下图2-5示.由555工作特性和其输出周期计算公式可知,其产生的脉冲周 T=0.7(R+2R)C 。 期为: 12 第 7 页 共 19 页 7 8 690344590.doc 因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取15k欧姆,R2取68k欧姆电容取C为10uF、C1为0.1uF,.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为1秒., 图2-5 555管脚图 Vcc R 1 4 8 15K 7 u o R 555 23 68K 6 2 1 5 u C C 0.1uF 10uF 图2-6 555多谐振荡电路图 2.3.3 辅助时序控制模块 , 在设计控制电路时 , 应正确处理各个信号之间的时为了保证系统的设计要求 序关系。从系统的设计要求可知 , 控制电路要完成以下四项功能 : 第 8 页 共 19 页 690344590.doc ?操作 “直接清零”开关时 , 要求计数器灭灯。 ?闭合 “启动” 开关时 , 计数器应完成置数功能 , 显示器显示 30 秒字样 ; 断开“启动”开关时 , 计数器开始进行递减计数。 ?当 “暂停 / 连续”开关处于 “暂停”位置时 , 控制电路封锁时钟脉冲信号 , 计数器暂停计数 , 显示器上保持原来的数不变 ，CP “暂停 / 连续” 开关处于“连续”位置时 , 计数器继续累计计数。 ?当计数器递减计数到零 ( 即定时时间到 ) 时 , 控制电路应发出报警信号 , 使计数器保持零状态不变 , 同时报警电路工作。如图2-7所示. 图2-7 光电报警电路 当计数到零时,两计数器借位端输出多为低(0),故本设计将高位片借位反馈BO2到二极管负极性端,此时+5V电源经1k电阻使发光二极管发出光电报警信号,完成报警功能,而在递减计数时,BO端输出为高(1),二极管不报警. 2 图2-8是辅助时序控制电路图。 第 9 页 共 19 页 9 10 690344590.doc 图 2-8 辅助时序控制电路图,时钟信号控制电路, LDLD 接 74LS192 的预置数控制端, 当开关 合上时 , =0,74LS192 进行S1 LD置数 ; 当 断开时, =1,74LS192 处于计数工作状态 , 从而实现功能?的要S1 求，当然本设计只要将启动信号直接加到置数端，见图2-2。图2-8 是时钟脉冲信号 CP 的控制电路 ,控制 的放行与禁止。当定时时间未到时 ,74LS192 的借位输出信号CP 路 , =1, 则 CP 信号受 “暂停 / 连 续” 开关的控制 , 当处于“暂BOSS222 位置时 ,门 输出 0, 门 关闭 , 封锁 信号 , 计数器暂停计数 ; 当停” CP GG32 处于 “连续”位置时 , 门 输出 1, 门 打开 , 放行 CP 信号 , 计数器GGS232 在 CP 作用下 , 继续累计计数。 当定时时间到时 =0, 门 G关闭, 封锁 信号, 计数器保持零状态不变。CP BO22 从而实现了功能?、?的要求。注意 ,是脉冲信号 , 只有在 保持为低电平BOCP2D时,BO输出的低电平才能保持不变。至于功能?的要求, 可通过控制 74LS192 的异2 步清零端CR 实现 ( 图中未画出 ) 。 2(3(4 译码显示模块 此模块主要是由74LS48译码器和共阴极七段LED显示器组成，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段LED显示器从30递减到零的计数显示功能。 , 1. 74LS48是七段显示译码器，其管脚图如下图2-9所示。现将各管脚功能介 绍一下: ,A、B、C、D是BCD码的输入端; ,a,b,c,d,e,f,g是输出端; LTLT,试灯输入端:低电平有效。当,0时， 数码管的七段应全亮，与输入的译码信号无关。本输入端用于测试数码管的 好坏; LTRBIRBI,动态灭零输入端:低电平有效。当,1、,0、且译码输入 为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭;当译码输入不全为0时，该位正常显 示。本输入端用于消隐无效的0。如数据0034.50可显示为34.5; ,灭灯输入/动态灭零输出端:这是一个特殊的端钮，有时用作输入，RBO 有时用作输出。当作为输入使用，且,0时，数码管七段全灭，RBORBO LTLTRBI与译码输入无关。当RBOBI/作为输出使用时，受控于和:当, RBI1且,0时，,0;其它情况下,1。本端钮主要用于显示RBORBO 多位数字时，多个译码器之间的连接。 第 10 页 共 19 页 690344590.doc 图2-9 74LS48管脚图 , 2.共阴极七段LED显示器是较常用的显示数码管，但在使用时要注意的是: 1.看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，最好在焊之前用万电用表测一下它的极性，其管脚图如下图2-10所示，如果为共阴极的，其管脚COM端接地;如果为共阳极的，起管脚COM段要接高电平。 2.还要注意在数码管电路上加上一保护电阻，起限电流的作用。 图2-10 共阴极七段LED显示器管脚图 第三章 安装与测试 3.1 电路的安装 电路安装要注意几个原则: 1. 先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊的等; 2. 布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用; 3. 最好分模块安装等等。 此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温，比如焊接三极管时，电烙铁绝对不能停留太久。 3.2 电路的调试 调试时应小心谨慎，电路安装完毕后，首先应检查电路各部分的接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。再接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。 第四章 实验体会 本次课设是本人到目前为止觉得最有意义也是收获最大的一次实习。身为电子系的学生，设计是我们将来必需的技能。而这次课设恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的平台。 从通过理论设计，到仿真软件仿真，再到确定具体方案，再到安装实际电路，最后到调试电路、成型。整个过程都需要我充分利用所学的知识进行思考、借鉴。可以说，本次课设是针对前面所学的知识进行的一次比较综合的检验。总的来说，这次课设虽然 第 11 页 共 19 页 11 12 690344590.doc 累，但非常充实。 在这次实习中，正确的思路是很重要的，只有你的设计思路是正确的，那你的设计才有可能成功。因此我们在设计前必须做好充分的准备，认真查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。 如果说前面电路的理论设计是一件多么令人头痛的事，那么安装、焊接过程则是一个考验人耐心的过程，对电路的安装、焊接、分析、调试要一步一步来，不能急躁。因为是在仿真软件上较理论上还是存在一定的差距，仿真能出来结果的在实际电路不一定就能出来，这就需要我们有耐心，寻找一个比较正确的调试方法。 要做好本次的课程设计，熟练地掌握课本上的理论知识是前提。这样才能对试验中出现的问题进行一定的分析和解决。 当然能完成本次设计，更离不开老师辛勤地指导，老师能在百忙中来指导本人，使本人能更好地完成设计。总之，感谢老师的指导～～～ 结 论 本设计主要通过模块化思想，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、直接清零和暂停/连续功能，其中在直接清零时，由外控制开关控制译码器消隐端，从而可以实现显示译码器灭灯;通过暂停/连续开关从而实现断点计时功能。 至此，本设计能完成所有任务及要求。 参考文献 [1].王毓银.数字电路逻辑设计(脉冲与数字电路 第三版).高等教育出版社.1999 [2].高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.2002 [3].孙人杰.电路数据手册TTL电路.电子工业出版社。1989 [4]. 《中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全TTL集成电路.北京国防工业出版社.1985 第 12 页 共 19 页 690344590.doc ; 元件名称 , 规格及用途 , 数量 74LS192 十进制计数器 2 附74LS00 四路2输入与非门 1 发光二极管 普通 1 录 74LS48 译码器 2 元器件74LS04 四路非门 1 74LS08 四路2输入与门 1 清单 555定时器 产生1Hz脉冲 1 七段数码显示器 共阴极 2 拨动开关 普通 2 电容 0.1uF 10uF 各1个 按扭开关(B键) 普通 1个 电阻 10k 4个 电阻 510Ω 16个 电阻 1 k 15 k 68 k 各1个 16管脚8个，其芯片插槽 40 8 16管脚 他各一个 导线 连接元器件 若干 参数计算: 1.脉冲产生电路: a.用555组成的脉冲产生电路: R1=15*103Ω R2=68*103Ω C=10μF 则555所产生的脉冲的为:f=1.43/[(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而设计要求为1Hz,因此其误差为5.3%,在精度要求不是很高的时候可以使用. 方案二: 由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。 第 13 页 共 19 页 13 14 690344590.doc 第四章 安装、调试步骤 1、按照电路板的规格，设定好各集成芯片的排放位置、测试各芯片是否与面板接触良好。 2、用 D触发器74LS74连接出节次控制模块: a 测试74LS74，相应的门电路模块74LS02、74LS32的好坏。 将两片74LS74做成循环移位寄存器，测试其性能是否达到要求。 b 3、用移位74LS194寄存器及相关的门电路做出警报提示模块: a 测试74LS194和门电路的好坏。 把74LS194的固定引脚接好。 b c 连接74LS194外部门电路组成的组合逻辑电路并测试其功能。 d 进行整体连接并测试其功能。 3、用异步可逆双时钟BCD计数器74LS192及相关门实现定时倒计时电路: a 测试74LS192和门电路的好坏。 b 先连24秒倒计时模块，并测试其性能是否达到要求 c 加入相应门电路实现暂停和停止/复位功能。 d 连接12分钟倒计时模块，并测试其性能是否达到要求。 e 加入相应门电路实现暂停和停止/复位功能。 、整体综合连接，测试整体性能。 4 第五章 性能测试和结果分析 经过测试，可实现的功能有: 1、24秒和12分钟同时置零和启动，也可在暂停的状态下对24秒单独置零，并重新置数启动。 2、可以同时使两个时钟置零。 3、当两个时钟中任意一个时钟置零时，两个时钟都停止调动，并且LED灯亮。 结果分析: 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、直接清零和暂停/连续功能，其中在直接清零时，由外控制开关控制译码器消隐端，从而可以实现显示译码器灭灯;通过暂停/连续开关从而实现断点计时功能。 至此，本设计能完成基本要求。 第六章 附录(元器件清单) 元件名称 规格及作用 数量 74LS192 十进制减计时器 6 CD4511 译码器 6 七段数码显示器 共阴极 6 74LS00 四路二输入与非门 1 发光二极管 普通 5 CD4060 14位二进制串行计数器 1 CC4023 三3输入与非门 1 CC4027 双上升沿JK触发器 1 CC4069 六反相器 1 32768Hz的晶振 产生脉冲 1 第 14 页 共 19 页 690344590.doc 74HC74 D触发器 4 电容 15pf 2 电容 0.1uf 1 电阻 10k 5 电阻 10M 1 开关 普通 2 开关 单刀双匝 2 导线 连接 若干 第一章 总体设计思路、基本原理和框图 1、设计思路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2、基本原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3、总体设计框图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 第二章 单元电路设计与方案比较(各单元电路图) 1、秒脉冲发生器的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2、秒、分倒计数器的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3、译码器和显示器的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4、节次控制电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 第三章 总设计(总电路图)„„„„„„„„„„„„10 第四章 安装、调试步骤„„„„„„„„„„„„„„11 第五章 性能测试和结果分析„„„„„„„„„„„„12 第六章 附录(元器件清单)„„„„„„„„„„„„13 第七章 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 第一章、总体设计思路、基本原理和框图 一、设计思路 篮球比赛计时器的主要功能包括: 12分钟倒计时、进攻方24秒倒计时计时暂停，重新开启和结束警报提示。该计时系统由以下四个电路模块组成: 1秒时基产生器:这部分利用32.768KHz需要通过分频器，最终产生1赫兹的电信号，驱动整个电路的运作。这一模块主要是利用CD4060和CD4027的锁存和分频功能来实现。 12分钟倒计时:这部分电路完成12分钟倒计时的功能，比赛准备开始时，屏幕上显示12:00字样。当比赛开始时，倒计时从12:00开始逐秒递减到00:00。这一模块主要利用双向计数器74LS192的减计数功能来实现。 攻方24秒倒计时:这部分电路与12分钟倒计时功能类似，当比赛准备开始时，屏幕上显示24秒字样，当比赛开始后，倒计时从24逐秒倒数到00。这一模块主要也是利用双向计数器74LS192来实现。 节数记次:四个LED分别表示四场节次，根据比赛场次的转换，用适当的方法使这四个LED依次自动指示四场节次。 警报提示:当两个计数器中任一个计时到零时，BO端出现低电平。通过和二极管作用，发光二极管亮，起到报警作用。 二、基本原理 主体电路:即倒计时部分。包括12分钟和24秒倒计时。12分钟倒计时的基本原理:比赛处于准备开始阶段，扳动启动开关G使倒计时计数器相应的置数或清零端有效，显示设定的时间12:00，当主裁判抛起球，比赛开始，扳动G，倒数计时器开始工作(相 第 15 页 共 19 页 15 16 690344590.doc 应的置数、清零端无效)，计时器逐秒进行倒计显示。当有球员犯规，裁判吹哨，整个计时系统的倒计时暂停，这个功能通过暂停开关S截断时钟脉冲的传输来实现。当倒数计时器计数到零时，选取“00:00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号,让其与时钟脉冲在与非门中将时钟脉冲截断，从而计时器在计数到零时停住。24秒计数芯片的置数端和12分的置数、清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端也无效，24秒的倒数计时器与12分的倒数计时器同时开始进行倒计时，逐秒倒计到零。同样也是选取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲在与非门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。 节次电路:用四个D触发器和适当的组合逻辑电路搭成四位的移位寄存器，四个LED分别接在这四个D触发器的输出Q上，当一天和尚撞一天钟12分钟重置时，电路自动移位指示节次。 警报提示:为了给出警报提示，可在计数器的输出端用一个普通二极管和LED二极管。当计数为0时，QO输出为0，LED灯亮起。 三、总体设计框图 24秒显示 12分钟显示 译码驱动 译码驱动 控制电路 计数器 计数器 秒脉冲发 生器 报警电路 总体电路说明: 倒计时功能主要是利用192计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换，以适合分和秒的不同需要。由于该系统特殊的需要，到各计时器到零时，通过停止控制电路使计数器停止计数并用LED发出警报。而节次计数是通过12分钟的重置来实现的。 第二章、 单元电路设计与方案比较(各单元电路图) 第 16 页 共 19 页 690344590.doc 前言 2 第一章 计时器概述 2 1.1篮球竞赛24秒计时器功能 2 1.2 设计任务及要求 3 1.2.1基本要求 3 1.2.2 设计任务及目标 3 1.2.3 主要参考器件: 3 第二章 电路设计原理与单元模块 4 (1 设计原理 6 2 (2 设计方案 7 2 2(3 单元模块 8 2.3.1 8421BCD码递减计数器模块 8 2.3.2 时钟模块 10 2.3.3 辅助时序控制模块 12 2(3(4 译码显示模块 14 第三章 安装与测试 15 3.1 电路的安装 15 16 3.2 电路的调试 第四章 实验体会 16 结 论 17 致谢 18 参考文献 19 附录 20 前言 数字电子技术课程设计是数字电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。 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，同时应用了七段数码管来显示时间。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的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，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。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。此电路是一时钟产生，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。 心得体会 1.设计体会 在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法. 在连接六进制,十进制,六十进制的进位及十二进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了. 在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的,例如仿真的连接示意图中,往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或 第 17 页 共 19 页 17 18 690344590.doc 8脚,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏.又例如74HC390芯片,其本身就是一个十进制计数器,在仿真电路中必须连接反馈线才能正常显示,而在实际电路中无需再连接,因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的. 在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的. 2.对该设计的建议 此次的数字钟设计重在于仿真和接线,虽然能把电路图接出来,并能正常显示,但对于电路本身的原理并不是十分熟悉.总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力. 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，同时应用了七段数码管来显示时间。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的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，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。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。 电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。 本设计采用555 作为振荡电路, 由74LS192、74LS48 和七段共阴LED 数码管构成计时电路, 具有计时器直接复位、启动、暂停、连续计时和报警功能。该电路制作、调试简单, 采用普通器件, 一装即成。 一、电路组成 电路由秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助控制 电路五部分组成, 见图1。其整机电路 如图2 所示, 印制板电路如图3 所示。1.秒脉冲发生器秒脉冲产生电路由555 定时器和外接元件R1、R2、C 构成多谐振荡器。输出脉冲的频率为:经过计算得到f?1HZ, 即1 秒。 2.计数器 计数器由两片74LS192 同步十进制可逆计数器构成。 利用减计数RD= 0, LD= 0, CPD=1, 实现计数器按8421 码递减进行减计数。利用借位输出端BO 与下一级的CPD 连接, 实现计数器之间的级联。利用预置数LD 端实现异步置数。当RD= 0, 且LD= 0 时, 第 18 页 共 19 页 690344590.doc 不管CPU 和CPD 时钟输入端的状态如何, 将使计数器的输出等于并行输入数据, Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。 3.译码及显示电路本电路由译码驱动74LS48 和7 段共阴数码管组成。74LS48 译码驱动器具有以下特点: 内部上拉输出驱动, 有效高电平输出, 内部有升压电阻而无需外接电阻。 4.控制电路完成计数器的复位、启动计数、暂停/ 继续计数、声光报警等功能。控制电路由 IC5 组成。IC5B 受计数器的控制。IC5C、IC5D 组成RS 触发器, 实现计数器的复 位、计数和保持“24”、以及声、光报警的功能。 ( 1) K1: 启动按钮。K1 处于断开位置时, 当计数器递减计数到零时, 控制电路发出声、光报警信号, 计数器保持“24”状态不变, 处于等待状态。当K1 闭合时, 计数器开始计数。 ( 2) K2: 手动复位按钮。当按下K2 时, 不管计数器工作于什么状态, 计数器立即复位到预置数值, 即“24”。当松开K2 时, 计数器从24 开始计数。 ( 3) K3: 暂停按钮。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“连续”开关, 计数器继续累计计数。当IC5D 输出为低电平时, 发光二极管D 发光, 同时蜂鸣器发出报警。 二、工作原理 由555 定时器输出秒脉冲经过R3输入到计数器IC4 的CD 端, 作为减计数脉冲。当计数器数计到0 时, IC4的( 13) 脚输出借位脉冲使十位计数器IC3 开始计数。当计数器计数到“00”时应使计数器复位并置数“24”。但这时将不会显示“00”, 而计数器从“01”直接复 位。由于“00”是一个过渡时期, 不会显示出来, 所以本电路采用“99”作为计数 器复位脉冲。当计数器由“00”跳变到“99” 时, 利用个位和十位的“9”即“1001” 11 脚输出低电平使计数器置数, 并通过与非门IC5 去触发RS 触发器使电路翻转, 从 保持“24”, 同时D发光二极管亮, 蜂鸣器发出报警声, 即声光报警。按下K1 时, RS 触发器翻转11 脚输出高电平, 计数器开始计数。若按下K2,计数器立即复位, 松开K2 计数器又开始计数。若需要暂停时, 按下K3,振荡器停止振荡, 使计数器保持不变, 断开K3后, 计数器继续计数。 第 19 页 共 19 页 19