数字电子技术课程设计-篮球24S倒计时器的设计.doc

10数字电子技术课程设计井冈山大学机电工程学院数字电子技术课程设计题 目： 篮球24S倒计时器的设计 课 程： 数字电子技术基础 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 12级电气本（1）班 学 号： 1206150043 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2014/12/18 目录前 言1一设计任务及要求11.1设计任务11.2基本要求及目标2二 电路设计原理与单元设计模块22.1总设计原理22.1.1倒计时设计总体框图22.1.2总设计原理图32.2 单元设计原理32.2.1计数器及控制电路设计32.2.2译码驱动显示设计32.2.3 脉冲电路设计42.2.4各芯片引脚及功能图42.2.4.1 74LS192引脚及功能表42.2.4.2 74LS48引脚及功能表52.2.4.3NE555引脚图及计算公式72.3 单元模块设计原理图82.3.1计时器及控制原理图82.3.2译码驱动显示电路82.3.3脉冲原理图9三 收获与体会9四元器件及仪器明细清单10五 参考文献10前 言 随着科学技术的不断发展，计时器在许多领域中得到了应用，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、等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。 在篮球比赛中有一项违例时间要用倒计时器，目前多数采用的是24秒制，该计时器要有递减计时及报警功能。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；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Multisim 11.0、数字逻辑电路相关理论知识，得到了预期的结果。 一设计任务及要求 1.1设计任务（1） 具有显示24秒计时功能；（2） 系统设置外部操作开关，控制计时器的启动/复位和暂停/连续功能；（3） 计时器为24秒递减计时，其计时间隔为1秒； （4） 计时器递减计时到零时，数码显示器显示为“00”，同时发出光电报警信号。1.2基本要求及目标（5） 根据原理图分析各单元电路的功能；（6） 熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；（7） 进行电路的安装、调试，直到电路能达到规定的设计目标；（8） 写出完整、详细的课程设计报告。二 电路设计原理与单元设计模块 2.1总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、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24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。当按下按键开关K2时，计数器完成置数功能，再按下K1时，译码显示电路显示24s字样，计数器开始进行递减计数，当递减到零时，数码管显示00并计时停止，蜂鸣器鸣叫，红色LED灯亮。当按下K2时，计数器停止计数，处于保持状态。当断开K2时，计时器又继续计时。 2.1.1倒计时设计总体框图个位显示十位显示译码驱动译码驱动控制电路秒脉冲发生器计数器计数器报警电路 图1 倒计时设计总体框图 2.1.2总设计原理图2.2 单元设计原理 2.2.1计数器及控制电路设计 该部分电路选用两片74LS192进行设计，74LS192是是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能，且有进位和借位输出端，两片74LS192采用级联方式构成预置数的24进制递减计数器，利用个位计数器的借位输出脉冲直接作为二进制计数器的计数脉冲，即对秒脉冲进行分频，则二进制计数器的计数脉冲为秒脉冲的10分频，个位计数器输入秒脉冲作为十进制计数器的计数脉冲。置数端D、C、B、A接高低电平进行预置数（0010 0100）=（24），若74LS192的端和CR端同时接低电平时进行置数；只有当个位计数器发出借位脉冲，高位计数器才做减计数；当计时器减到“00”时，应使计时器复位并置数“24”。但当计时器减到“00”时，计时器复位到99，利用个位和十位的“9”即1001，然后通过与非门将11脚电路拉低，使计时器置数“24”。2.2.2译码驱动显示设计 该部分电路采用两片74LS48及两个共阴极数码管共同组成。74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码驱动器。74LS48的输入端是四位二进制信号(8421BCD)码，a,b,c,d,e,f,g是驱动译码器的输出信号。2.2.3 脉冲电路设计该部分电路用NE555发脉冲，555集成电路主要由3个5K电阻组成的分压器，两个高精度电压比较器，一个基本RS触发器、一个作为放电通路的管子及输出驱动电路组成。其原理图如下所示。2.2.4各芯片引脚及功能图 2.2.4.1 74LS192引脚及功能表 2.2.4.2 74LS48引脚及功能表74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线。端为测试端。在端接高电平的条件下，当时，无论输入端A、B、C、D为何值，ag输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。端为灭零输入端。在，条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出ag全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。但当输入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。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。若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。74LS192功能表如下：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1111011100110011211100101000111311101110010111411111100011111511111100000002.2.4.3NE555引脚图及计算公式 NE555是时基集成电路，它在应用和工作方式上一般可归纳为3类。每类工作方式又有很多个不同的电路。在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。 用555集成电路组成多谐振荡电路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、R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1、R2又开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。 公式计算：T1=(R1+R2)Cln2;T2=R2Cln2;在本设计中f=1/(t1+t2)=1.44*1000/(20+62)*10=1HZ，这样就可以保证NE555发脉冲的间隔为1S。下图是NE555内部管脚图。2.3 单元模块设计原理图2.3.1计时器及控制原理图 2.3.2译码驱动显示电路2.3.3脉冲原理图 3 收获与体会在本次课程设计中，我对74LS48、74LS192、NE555等芯片有了等深一步的了解，而且还巩固了对它们的使用。对于数字、模拟电路的综合运用也有了进一步的提升，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。此次课程设计，我觉得自己的实践动手能力也有了进一步的提升。大学中许多的时间都是在学习理论知识，很少参与实践中去，课程设计给我们提供了一个宝贵的机会，理论用于实践，从设计，仿真，安装调试，每一步的进行，都会带来受益非浅的实际操作训练，许多的实践经验是我们在课本上学不到的，必须经过这样严格的自己动手，才会从中体会到设计成果的喜悦。理论知识总是要用于实践中才得以升华，我们应该更多的参与实践，以增强我们对学习数字电路基础的兴趣，也能培养自己对设计电子的兴趣。同时，从开发设计一些小规模产品去体会学习开发设计电子产品的设计思路，为