课程设计.doc

一、 课题名称 二、内容摘要本设计主要是完成篮球竞赛24秒计时器，显示24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，数码管显示器全部显示为“0”；计时器为24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multisim 10.0.1仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在multisim 10.0.1下设计和进行仿真，得到了预期的结果。 关键字：计时器；数码显示器；multisim随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活不可缺少的一部分，特别是在各种竞技运动中，定时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛24秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间24秒限制。一旦球员的持球时间超过了24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24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24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。 三、设计内容及要求1.2.1基本要求(1）显示24秒计时功能。（2）控制计时器直接清零、启动、暂停/连续功能。（3）计时器为24秒递减计时器。（4）递减计时到零时，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。四、方案论证及比较本设计的核心部分是要设计一、 个24s倒计数器，并且对计数结果进行实时显示，同时要实现设计任务中提到的各种控制要求，因此该系统包括秒脉冲发生电路，计数器电路，译码显示电路，控制电路和电路报警电路5部分。其中，计数器电路和控制电路时系统的主要部分。计数器电路完成24s倒计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动记数、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，数码显示器显示零。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24s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，出于保持状态；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（1）、（2）。（1）方案1：秒脉冲发生器计数器译码显示控制电路报警电路外部操作开关 图1 整体方框图一（2）方案2：秒脉冲发生器计数器控制电路报警电路译码显示外部操作开关 图2 整体方框图二 方案一的控制电路对每一单元模块实行独立的控制，相对与方案2电路更具有稳定性，所以我们选择方案1。5、 单元电路的设计、参数计算和器件选择3.2.1标准脉冲发生电路的设计 秒脉冲发生电路产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准，本电路采用555集成电路构成。图3 标准秒脉冲发生电路标准脉冲电路如上图所示1，它由555定时器组成的多谐振荡器，为系统提供时钟秒脉冲。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和r2向电容c2充电，其上电压按指数规律上升，当uc上升至2/3vcc，使3脚输出为低电平，同时放电三极管t导通，此时电容c2通过r2和t放电，2脚处电压下降，当2脚处电压下降到vcc/3时，3脚处电压翻转为高电平，电容c2放电所需的时间为 （1）当放电结束时，t截止，vcc将通过r1，r2向电容c2充电，2处电压由vcc上升到2/3vcc所需时间为 （2）当uc上升到2/3vcc时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波。定时元件为15k、为68k、c为10f，产生1hz的标准脉冲信号，振荡器振荡频率计算公式 （3）3.2.2计数器电路的设计74ls192功能表图4 计数器及译码显示电路计数器采用74ls192同步可逆双时钟计数器5，其管脚引线排列图如图4所示。74ls192的up/ down端分别是加/减计数器的时钟输入端。在置数控制端load=1. 清零端clr=0的情况下，若down=1，计数脉冲加入到up端，则计数器在预置数的基础上完成加计数，co端发出进位负脉冲，若up=1，计数脉冲加入到down端，则计数器在预置数的基础上完成减计数，当减计数到0时，bo借位输出端发出借位负跳变脉冲。load为异步并行置数端，当load=0时，计数器置数，load=1时，计数器处于计数状态.计数器及译码显示电路如图4所示。用两片74ls192设计成二十四进制减法计数器，由74ls48译码，7端码显示器显示计时时间。计数器个位接成四进制，置数端a.c .d 均接低电平“0”,计数器十位接成二进制，a. b两置数端接高电平“1”，c.d端接低电平“0”。计数脉冲信号接入个位计数器的down减脉冲输入端（up端接高电平）。根据设计要求，计数器计数到零时停止计数，为此，将十位计数器的bo借位端与脉冲信号源通过与门连接，使计数到零时，bo=0，封锁cp信号，计数器保持零状态不变，控制电路发出报警声信号，使报警电路工作，信号灯亮。3.2.3 单元译码显示电路的设计 图5 单元译码显示电路 用74ls48和共阴极led显示器组成，如图7所示，74ls48输入信号为bcd码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共七线，另有3条控制线。lt端为测试端。在lt端接高电平的条件下，无论输入端a、b、c、d为何值，ag输出全部为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。rbi为灭零输入端。在bi/rbo=1的条件下，当输入a、b、c、d不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。bi/rbo端为消隐输入端。该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端ag均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。另外，该端还有第二个功能灭零信号输出端，当该位输入的a、b、c、d=0000时，此时输出低电平；若该位输入的a、b、c、d不等于零，则输出高电平。若将rbi与bi/rbo配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。74ls48可直接驱动共阴极led数码管而不需要外界限流电阻。此处要是保持数码管不黑屏就将bi/rb0，rbi置1就可以了，lt是检查数码管的好坏的，如果不需要的话直接接高电平。其他端口按照abcdefg的对应关系连接好以保证显示正确，确保接地成功。此处将bi/rb0、rbo、lt全部接高电压，是为了让数码管正常工作，这三端只在焊接电路板时对数码管进行好坏的检测时使用。3.2.4 控制电路的设计 图6 控制电路篮球竞赛24秒计时器功能控制由外部开关控制实现，如图8所示s1控制计数器的暂停/计数控制。s1为“1”时（左合），秒脉冲发生器发出的脉冲信号被封锁，计数器暂停计数，当s1为“0”时（右合），控制门电路打开，秒脉冲信号送到计数器的减脉冲输入端，开关s3控制load的异步并行置数控制端，当s3闭合时，load=0，计数器预置数，s3断开时，load=1，计数器处于计数工作状态。计数器清零由s2开关控制，clr=1时计数器清零，clr=0时，计数器正常计数。控制电路要完成以下功能：1. 设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能。 1）开关j2在电路图中起到启动的作用，闭合启动开关j2，计数器完成置数功能，显示器显示30秒字样，计数器开始进行递减计数。 2）开关j1在本设计中起暂停/连续作用，当启动开关闭合后，计数器进行递减计数。若闭合开关j1，则计数暂停，控制电路封锁时钟脉冲信号cp，显示器上保持原来的数不变，当开关j1断开，计数器继续累计计数。3） 开关j3在电路中起到了控制计数器的直接清零，同时数码显示器灭灯的功能。如图4，当开关j3闭合与地连接时，计数器直接清零，同时数码显示器灯灭。当开关j3闭合与高位那片74ls192的借位端连接时，计数器正常计数。且当计数器递减计数到零时（即定时时间到），控制电路发出报警信号，本设计中采用发光二极管代替报警器，所以发光二极管灯亮代表报警信号。 当计数到零时，两计数器借位端输出为零，该设计中将高位片借位端通过两次反向反馈到二极管的负端，此时+5v电源经390电阻使二极管发光（光电报警信号），完成报警功能。而在递减计数时，74ls192的借位端输出为高。3.2.5报警电路的设计图7 放光报警电路如图7所示，报警电路采用diode led型号发光二极管，发光二极管具有单向导电性。只有当外加的正向电压使得正向电路足够大时才发光，它的开启电压比普通二极管的大，正向电流越大，发光越强。当24秒计时结束到00时，发光二极管发光提醒计时人员。6、 完整的电路图及工作原理 7、 设计特点及使用价值8、 总结与心得体会9、 元器件清单10、 参考文献附录 原理2.1 设计原理分析设计任务，该系统包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路5个部分构成。其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30秒倒计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的清零，启动和暂停/连续功能、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能。为满足设计要求，设计控制电路及控制开关时，应该正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。当启动开关j2闭合时，辅助控制电路应该封锁时钟信号cp，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s字样，计数器开始进行递减计数；当暂停/连续开关j1闭合（即拨到暂停位置）时，计数器停止计数，处于保持状态；当j1断开时，计数器继续递减计数。当开关j3闭合与地连接时，计数器直接清零，同时数码显示器灯灭。当开关j3闭合与高位那片74ls192的借位端连接时，计数器正常计数。且当计数器递减计数到零时（即定时时间到），控制电路发出报警信号。30s计时器的方框图如下图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、辅助时序控制电路（简称控制电路）五部分组成。该设计中用发光二极管来代替报警电路，二极管发光即代表报警。整体原理框图如下所示： 2.2 设计方案 用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10hz的脉冲，即输出周期为0.1秒的方波，再将该脉冲信号加到由74ls161构即周期为1秒，接着将该信号送到计数器74ls192的cp减计数脉冲端,再通过译码器74ls248把输入的8421bcd码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，然后直接推成的十分频器上，这