篮球24s计时器实验报告

石家庄经济学院信息工程学院电子信息工程与通信工程专业电子技术课程设计报告题目： 篮球竞赛 24s 计时器 姓 名 学 号 班 级 指导教师 2013 年 7 月 5 日1要求：1指导教师按照课程设计大纲要求完成学生课程设计指导工作。2课程设计任务书由指导教师照大纲要求填写，内容要全面。3课程设计报告由参加本学生填写。课程设计结束时交指导教师。(打印稿一份，电子稿一份)4指导教师要根据每一位学生课程设计任务完成情况，认真审核设计报告，并在课程设计结束时，给出客观、准确的评语和成绩。5课程设计任务书和报告要语言流畅，图表正确规范。6本表要用钢笔、圆柱笔填写或打印，字迹工整。2课程设计任务书班级 姓名 学号 课程设计题目 篮球竞赛 24s 计时器 课程设计起止日期 至 实习地点 课程设计内容与要求一、设计要求用中小规模集成芯片设计并制作篮球竞赛 24 秒计时器，具体要求如下：1. 具有显示 24s 倒计时功能：用两个数码管显示，其计时间隔为 1s。2.设置启动和停止键，控制计时器的直接启动计数、停止计数功能。 3. 暂停/继续键，控制计时器的暂停/继续计数。4. 计时器递减计数到“00”时，发出声光报警信号。 （红灯亮、蜂鸣器报警）5. 用仿真软件(EWB 或 PROTEUS)对电路进行仿真。二、扩展1. 计数状态显示，24S-10S 时绿灯亮，09S-01S 时黄灯闪烁，00S 时报警。2. 外部操作开关采用消抖措施，以防机械抖动造成电路工作不稳定。指导教师 2013 年 7 月 5 日3课程设计报告注：此表可加附页一、设计原理与技术方法：包括：电路工作原理分析与原理图、元器件选择与参数计算、电路调试方法与结果说明；软件设计说明书与流程图、软件源程序代码、软件调试方法与运行结果说明。1.设计原理图 1 总体框图24 秒计时器的总设计方案如图 1 所示。包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路五个模块组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器要完成 24 秒计时功能，同时控制电路要完成计时器的直接清零、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。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，本电路采用 555 集成电路产生秒脉冲信号。译码显示电路由 CD4511 和共阴极七段 LED 显示器组成。报警电路在实验中用发光二极管和蜂鸣器组成。主体电路：24 秒倒计时。24 秒计数芯片的置数端、清零端分别用一个开关，比赛开始后，24 秒的置数端无效，24 秒的倒数计时器的开始进行倒数时，逐秒倒计到零。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门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。倒计时功能主要是利用74LS192 计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换，由于该系统特殊的需要，到计时器到零时，通过停止控制电路使计数器停止计数并发出蜂鸣警报。2主要芯片的功能和用法2.1 CD4511 的功能及用法CD4511 引脚图及功能 CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD秒脉冲发生器 计数器 译码显示控制电路 报警电路11码七段码译码器，特点如下： 具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。其功能介绍如下：BI：4 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3 脚是测试输入端，当 BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8” 。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。 LE=1 时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。 A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平 1 有效。 CD4511 的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。（1） CD4511 的引脚 CD4511 具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动 LED其引脚图如图 2 所示。各引脚的名称：其中 7、1、2、6 分别表示 A、B、C、D；5、4、3 分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14 分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚 8、16 分别表示的是 VDD、VSS。 CD4511 的工作真值表如表 1 所示。（2）锁存功能译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端 LE 的电平状态。当 LE 为“0”电平导通，TG2 截止；当 LE 为“1”电平时，TG1 截止，TG2 导通，此时有锁存作用。（3）译码CD4511 译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数 据B、C 进行组合，得出、 、 、四项，然后将输入的数据 A、D 一起用或非门译码。 （4）消隐BI 为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使 B 端输出为低电平，字形消隐。 消隐输出J 的电平为 J=（C+B）D+BI=（C+B）D+BI如不考虑消隐 BI 项，便得 J=（B+C）D12据上式，当输入 BCD 代码从 1010-1111 时，J 端都为“1”电平，从而使显示器中的消隐。 表 1 CD4511 真值表输 入 输 出LE BI LI D C B A a b c d e f g 显示X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 00 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 10 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 20 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 30 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 40 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 50 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 60 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 70 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 80 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 90 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 消隐1 1 1 X X X X 锁存 锁存13图 2 CD4511 管脚图2.2 74LS192 的功能及用法引脚排列及逻辑符号如下所示：图 3 引脚排列 图 4 逻辑符号图中：PL为置数端，CPu 为加计数端，CPd 为减计数端，TCu为非同步进位输出端，TCd为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3 为计数器输入端，MR 为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3 为数据输出端，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。功能表如表 2 所示：表 2 74LS192 功能表2.3 NE555 定时器的功能及用法引脚图介绍如下：1 地 GND,2 触发，3 输出，4 复位，5 控制电压，6 门限（阈值） ，7 放电，8 电源电压14图 5 555 定时器管脚图2.4.共阴极数码管数码显示器可显示系统的运行状态及工作数据，所选用的是发光二极管（LED）显示器，它分为两种，共阴极、 （BS201/202）与共阳极（BS211/212） ，我们所选的是共阴极，它是将发光二极管的阴极短接后作为公共极，当驱动信号为高电平时，阴极必须接低电平，才能够发光显示。共阴极数码管的外引脚及内部电路如图 6 所示。图 6 共阴极数码管的外引脚及内部电路3各部分电路说明3.1 秒脉冲发生电路14图 7 秒脉冲发生电路 秒脉冲信号发生电路由集成电路 555 定时器与 RC 组成的多谐振荡器构成。需要的芯片有集成电路 555 定时器，还有电阻和电容。图 7 为其电路图。振荡电路是数字钟的核心部分，它的频率和稳定性直接关系到表的精度。因此选择 555 定时器构成的多谐振荡器，其中电容 C1 为 47F，C2 为 0.01F，两个电阻 R1=R2=10K。此时在电路的输出端就得到了一个周期的矩形波，其振荡频率为：f=1.43/(R1+2R2)C,由此公式代入R1，R2 和 C 的值得 f=1Hz。即其输出频率为 1Hz 的矩形波信号。3.2 倒计时电路14图 8 倒计时电路采用两片 74LS192 分别做十位和各位的计时器，因为预置数为“24” ，所以依次将192 的 A、B、C、D 输入端接成低