篮球24秒倒计时器设计.doc

湖南工业大学电气与信息工程学院湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋 电气与信息工程 学院（系、部） 20162017 学年第 1 学期 课程名称 电子技术课程设计 指导教师 黄卓冕 职称 讲师 学生姓名 谢富 专业班级 电气工程1401 学号题 目 篮球比赛24秒计时器设计 成 绩 起止日期 2016 年 11 月 14 日 2016 年 11 月 18 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书2课程设计说明书3课程设计图纸张4总计资料56湖南工业大学课程设计任务书2016年 2017学年第 1 学期 电气与信息工程 学院（系、部） 电气工程 专业 1401 班级课程名称： 电子技术课程设计 设计题目： 篮球比赛24秒计时器设计 完成期限：自 2016 年 11 月 14 日至 2016 年 11 月 18 日共 1 周内容及任务一、篮球比赛24秒计时器（1）设计指标1、具有24秒计时功能；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、在直接清零时，要求数码显示器灭灯；4、计时器为24秒递减时,计时间隔为1秒；5、计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号；6、将24秒递减计时器改为24秒递增计时器，试问电路要作哪些相应的改动。（2）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图）；2、元器件及参数选择；3、列出实验数据和时序波形；4、电路仿真与调试（用EWB软件）。（3）编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。二、设计工作量电子钟电路设计说明书一份；电子钟电路原理图一份；篮球比赛24秒计时器设计说明书一份；篮球比赛24秒计时器原理图一份；进度安排起止日期工作内容2016.11.14讲授设计的一般步骤和方法、设计的要求、布置设计题目。2016.11.15-17学生进行设计2015.11.18学生修改、打印设计报告主要参考资料1 康华光 电子技术基础 模拟部分（第五版） 高等教育出版社 2007年2 欧伟明. 实用数字电子技术. 北京：电子工业出版社，20123 陆应华. 电子系统设计教程. 北京：国防工业出版社，20054 李忠波等. 电子技术仿真与实践. 北京：机械工业出版社，2004指导教师（签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日电子技术课程设计设计说明书篮球比赛24秒计时器设计起止日期： 2016 年 11 月 14 日 至 2016 年 11 月 18 日学生姓名谢 富班级电气工程1401学绩指导教师(签字)电气与信息工程学院（部）篮球比赛24秒计时器设计设计目的及要求一、设计要求（1）设计指标1、具有24秒计时功能。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、在直接清零时，要求数码显示器灭灯。4、计时器为24秒递减时, 计时间隔为1秒。5、计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。6、将24秒递减计时器改为24秒递增计时器，试问电路要作哪些相应的改动。它包括秒脉冲发生器、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，而控制电路是控制计时器的直接清零、启动计数和暂停/连续计数、译码显示电路的显示和灭灯等功能。为保证系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系：1操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。2当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP（秒脉冲信号），同时计数器完成置数功能，数码显示器显示24秒字样；当启动开关断开时，计数器开始计数。3当暂停/连续开关闭合时，控制电路封锁时钟信号CP，计数器处于锁存状态；当暂停/连续开关断开时，计数器继续累计计数。（2）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图）；2、元器件及参数选择；3、列出实验数据和时序波形。4、电路仿真与调试（用EWB软件）；设计任务一、计时器概述1、计时器的特点及应用 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的应用是相当普遍的。 在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就违例了。本课程设计“智能篮球比赛倒计时器的设计”，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违例。二、电路设计原理及单元模块 1、设计原理 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。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。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。 主体电路： 24秒倒计时。24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，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信号通过一个与门将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。2、设计方案图1、电路框图总体电路说明： 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。3、单元模块 3.1、所用各个芯片功能 3.1.1、555定时器555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如右图所示。图2、555定时器内部结构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 /3555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平。表61 555定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端TRQ放电管T功能00导通直接清零101x保持上一状态保持上一状态1101截止置11001截止置11110导通清零表1 555定时器的功能表3.1.2、74LS487448是7段显示译码器,输出高电平有效的译码器。工作电压为5V，用于驱动共阴极数码管，7448除了有实现8段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 功能或数字输入 输出 显示字形abcdefg灭灯00000000灭灯试灯0111111118动态灭灯10000000000000灭灯0110000111111100110001101100001210010111011012310011111110013410100101100114510101110110115610110100111116710111111100007811000111111118911001111110119101101010001101无效输出111101110011001121110010100011131110111001011141111110001111151111110000000表2、74LS48功能表 3.1.3、74LS19274LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下：操作1清零00置数110加计数110减计数1110保持3.1.4、数码管数码管也称LED数码管，晶美、光电、不同行业人士对数码管的称呼不一样，其实都是同样的产品。数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，也就是多一个小数点（DP）这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容；按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。LED数码管引脚定义3.2、各单元电路3.2.1、秒脉冲发生电路秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。电路图如下图所示。当开关断开时，两电阻阻值设置为20K与62K，使得555定时器产生周期为1s的脉冲。3.2.2、倒计时电路24秒倒计时电路。这部分电路的主体部分在时钟脉冲的输入情况下工作，下面进行具体分析。计数器的倒计时功能。用两片74LS192分别做个位（低位）和十位（高位）的倒计时计数器，将低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲，同时将外界时钟脉冲信号输入到个位（低位）的down端，实现电路的倒计时功能。将两片芯片的置数输入端分别置为“2”与“4”，当控制电路给予两芯片置数端低电平（有效电平）时，能使其置为“24”。同时将清零端接地。下图为倒计时电路的具体电路3.2.3、控制电路 停止：我采用十位（高位）的借位输出端作为停止电路的信号，当数码管显示为“00”，即十位（高位）输出均为低电平时，此时其借位输出由高电平变为低电平，将其与秒脉冲信号发生电路的输出端通过一个与逻辑，再通到个位（低位）的down端，此方法截断了秒脉冲信号，实现了停在“00”的功能。另外，当计数器正常计数时，十位（高位）借位输出端始终保持高电平，当其与秒脉冲信号发生电路的输出端通过一个与逻辑，再通到个位（低位）的down端，并不影响秒脉冲的输入。 置数：利用一个开关，及一个与非门，与非门一端接高电平，另一端通过一个1k电阻再接高电平，同时接开关一段，开关另一端接地。与非门输出端与两块74LS192的置数端LOAD相连。如图当开关J2断开时，置数端为“1”，置数端无效，能正常计数，当开关SW3闭合时，置数端为“0”，置数端有效，能置为“24”。3.2.4、报警电路当电路显示为“00”时，利用十位（高位）的借位输出端为“0”加上一个非门实现发光二极管的工作。如图3.3、总电路图由555定时器输出秒脉冲与十位（高位）的借位输出端经过一个与逻辑输入到计数器U2的down端，作为减计数脉冲。当计数器计数计到0时，U2的(13)脚输出借位脉冲使十位计数器U1开始计数。当计数器计数到“00”时，U1的(13)脚输出借位脉冲输出一个低电平，与555定时器输出秒脉冲通过一个与门，从而截断秒脉冲，使其停在“00”，同时，报警电路工作，发光二极管亮，蜂鸣器响。当SW3断开时，U1、U2置数端有效，实现复位功能，再将SW3闭合时，U1、U2置数端无效，开始正常计数。在计数过程中，SW4闭合时，使555定时器输出端输出信号通过与门U?截断秒信号，从而实现暂停功能，当SW4断开时，又开始正常计数。3、 仿真过程与仿真结果利用protues电路仿真软件，连好电路，进行仿真。仿真结果符合实验要求。倒计时置0灭灯元器件清单NE5551个电容10uF1个74LS482个固定电阻1k4个74LS1922个固定电阻10k1个74LS001个开关3个可调电阻62K1个74LS041个固定电阻20K1个发光二极管1个电容0.1uF1个LED数码显示管2个与门2个设计总结课程设