电子技术课程设计 篮球计时器.doc

电子技术课程设计 篮球比赛计时器学院： 专业、班级：姓名： 同组者：学号：指导教师： 目 录一、设计任务与要求2二、总体框图2三、器件选择4四、功能模块5五、总体设计电路图13六、实验结果及分析14七、心得体会15八、参考文献15九、附录16篮球比赛计时器的设计一、课程设计任务与要求1、任务：设计一个12分00秒篮球比赛倒计数定时器2、要求：1. 篮球比赛全场时间为48分钟，共分为4节，每节12分钟，要求开机自动置节计数器为第“1”节，节计数器为“12分00秒”。2. 用数字显示篮球比赛当时节数及每节时间的倒计时，计数器由分秒计数器完成，秒计数器为模60，分计数器应能计满12分钟。3. 能随时用钮子开关控制比赛的启动/停止，启动后开始比赛，停止期间不计时，重新启动后继续计时。4 每节比赛时间结束时，能以音响自动提示并暂停计时，同时节数自动加1。5 秒信号不必考虑时间精度，可利用实验仪上所提供的连续脉冲（方波）。 二、总体框图本设计主要由四大模块电路构成：计数器、显示器、音响电路、控制电路。计数器功能是用两个可预置数减法计数器组成，实现从60秒递减到0秒，该计数器可以由两块MSI计数器构成，一块十进制，一块六进制，组合起来就构成六十进制计数器，这里用的是两片74LS192；分计数也是用两片74LS192构成的十二进制减法计数器，实现从12分递减到00分；节计数是用74LS192构成的加法计数器，实现从第一节到第四节的计数。仿真和硬件操作中都可以直接接七段数码显示译码器。 仿真和硬件操作中没有音响,所以用发光二极管代替。控制电路实现的功能有启动，暂停/连续，译码显示电路的显示，灭灯。控制器随着计数器计数的状态发生改变，计时期间，用电器开关断开，当计时完毕时，用电器开关闭合。图1为计时器的总体参考方案框图，图1篮球比赛计时器的原理框图 计数器：对时钟信号进行记数并减位,秒和秒之间10进制,秒和分之间60进制; 即一个六十进制减法器、一个十二进制减法器、一个四进制加法的计数器。显示器：采用5片LED显示器把各位的数值显示出来，是计数器最终的输出，有节数、分和秒； 控制器：控制电路是对计数器的工作状态（记时开始/暂停/继续/复位等）进行控制的单元，可由触发器和开关组成。本实验中，我主要设计的是分、秒和节的计数，即课程设计要求中的1、2两点，实现计数器和显示器；并设计开机和节结束置数的控制器来实现计数器的置数和减计数。三、选择器件1、计数器件74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。下面介绍74LS192的引脚图和74LS192的功能表。 CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 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。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。图2 74LS192引脚图 可以根据74LS192的引脚图来实现硬件连接，图2中P0、P1、P2、P3分别为D0、D1、D2、D3，可以通过LD=0，给这四个引脚接高电平或低电平来实现置数，Q0、Q1、Q2、Q3为74LS192的输出端，可以直接接七段数码显示译码器。PL为LD引脚，接0时置数，用做加计数或减计数时，必须接1。MR为CR引脚，当接一时，实现清零。TCU为CO，是进位输出端。TCD为BO，是借位输出端。CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01000000DCBADCBAO11加计数011减计数表1 74LS192功能表 根据表1中74LS192的功能表，当LD=1，CR=0，CPD=1时，如果有时钟脉冲加到CPU端，则计数器在预置数的基础上进行加法计数，当计到9（1001）时，CO端输出进位下降沿跳变脉冲；当LD=1，CR=0，CPU=1时，如果有时钟脉冲加到CPD端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当计到0（0000）时，BO端输出借位下降沿跳变脉冲。2、置数实现器件74LS04是6非门(反相器)他的工作电压5V，他的内部含有6个coms反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0，把0变成1。下面是芯片的管脚图图3 74LS192管脚图四、功能模块1、计数器秒信号经秒、分计数器后分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位的计时输出信号，然后输出到译码显示电路。“秒”计数器应为60进制，而“分”计数器可为大于等于12的任意进制。（1）秒计数器：六十进制计数器 可以由两块MSI计数器构成，一块十进制，一块六进制，组合起来就构成六十进制计数器。实验室可提供的MSI计数器有T213、T217、74LS90、74LS190、74LS192、74LS160等，在这里我采用74LS192设计，74LS192是十进制同步加法/减法计数器，具有直接清零、异步置数功能。由篮球比赛的特点，计时器可以设计成距离比赛结束的时间，因此这种方案需用减法计数器，而对每一节的计数实现的又是加法计数器，而74LS192既可以实现加法计数，也可以实现减法计数。74LS192本身就是十进制，所以图3中U4直接利用借位输出端BO，一旦有借位则BO给U3一个下降沿，U3就开始减计数，从而秒的个位实现十进制。图3 十进制电路图 要想实现六十进制，则一开始要将U3置成六，必须使LD=0，才能置数；但要实现减计数，又必须使LD=1。所以我使用了CR的清零功能，总开关闭合时，CR=1，此时显示为0，总开关断开时，CR=0，减计数开始，U4上BO输出借位为0，LD接BO=0，给U3置数，下一瞬间，BO=1，LD=1，则U3从六开始递减。U4有借位输出，U3则减1，如此递减，直到U3、U4全减为0，LD又给U3置数。一直循环形成六十进制。如图4。图4 六十进制计数器 （2）分计数器：12进制减法计数器 由两块MSI计数器构成，低位是十进制，高位可为一个任意进制，再利用置初始值“12”来实现十二进制。图5 分计数的置数 我用74LS192的LD完成分计数的置数和减计数功能，给U14的数据输入为1（0001），U12的数据输入为2（0010）。 按空格开关闭合，此时是接地，为低电平，LD=0，实现置数功能，显示12分，如图5。按空格开关打开后，此时为高电平，LD=1，当脉冲来时，做减计数，如图6。图6 分的减计数（3）节计数器：四进制加法计数器 由一块74LS192构成，使数据输入为“0001”，当低电平有效信号控制其置数端时，便实现置1。同理，按空格键开关闭合，LD=0，U15置数为1，开始节计数，如图7；开关断开后，LD=1，当分十位有借位输出时，便给CPU一个脉冲，U15便开始加1，实现节计数，如图8。图7 节计数的置数图8 节计数的加法控制电路由两片74LS192组成，用74LS192来控制计数器12分00秒的递减计时，在控制电路中用A和空格分别来控制电路的启动、暂停/连续或是停止工作。在这当中CP的作用也是不同的，当A和空格为“1”时，CP经非门为0，LD为1，电路开始计时，当A为“0”时，CP=1，有清零功能，LD=0，有置数功能，电路不工作并置数，显示器就为“1” “2” “0” “0”。当空格置为“0”时，计时器暂停工作，则CP停止工作。当空格为“1”时，CP继续工作。2、显示器直接用仿真和硬件上的七段数码显示译码器。3、置数和计数的开关控制刚开始按下开关，要求计时器显示12分00秒，再按开关后，计时器开始计时。置数时，要求LD全部为0，计数时，要求LD为1，但74LS192是十进制，秒计时要求是六十进制，即要求在显示六十秒时，置为00，LD在计数和置数上矛盾，所以我用总的开关来控制六进制的清零端CR，同时控制其余的LD端，使其可以用一个开关来控制置数和计时。实现时，CR=1清零，LD=0开始置数，所以可以用一个非门来同时实现。其开关的设置如下页所示，开关闭合时，为低电平，LD实现置数，CR经反相器为高电平，开始清零；开关断开，为高电平，LD=1，CR=0，开始计时。开关闭合断开时会出现抖动，即会有高低电平不稳的状况，这就需要有防抖动开关来使其稳定。防抖动开关和节结束开关的实现是由我的同组者来设计。图9 开关控制计数五、总体设计电路图在总电路图中，当开关A接右时，经防抖动开关输出为低电平，经过与门，仍为低电平，则LD=0，实现置数；开关A接左时，输出为高电平，从左往右，第二片74LS192上没有借位输出，BO=1，经与门后，输出为高电平，经过脉冲，则实现减计数。暂停/连续开关由空格键控制，当接右时，经防抖动开关输出为1，BO无借位时输出为1，有脉冲时为1，经三输入的与非门为0，再经与非门为1，所以能正常工作；当开关接左时，经防抖动开关后为0，经两个与非门仍为0，实现暂停计时。六、实验结果及分析（一）实验结果1、 将五片74LS192中的 LD置为低电平，将第四片CP信号接为高电平，实现了置数“12分00秒”。后将A断开，LD=1，CP=0，计时器开始工作，实现倒计时，同时在显示器上按脉冲来递减显示。2、 用基本的RS触发器连接成防抖动开关，用空格键来控制与非门的输出来控制暂停和连续。（二）结果分析1、拨动开关，当A=0时重新置数，当A=1时开始计数。当按空格键输出为0时暂停，当按空格键输出为1时继续。2、当计时器从12分00秒递减到00分00秒时，数码显示器不灭灯，同时发光二极管发光报警。但遗憾的是在仿真中二极管没有发光。3、手动控制K1和K2实现暂停和连续功能。（三）在MULTISIM中进行仿真 用Multisim2001进行模拟仿真，按照实验设计好的电路在Multisim2001中进行放置元件、设置电路参数、连接各元件，然后进行功能测试，经几次修改布线错误最终仿真成功。其中也出现些不可避免的误差，例如刚开始检查连线都无误后，还是不能正确显示数字，换了两片74LS192芯片，才正确显示。 七、心得体会本次课程设计使我对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，要求我们在以后的学习中注意，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。在这几周的学习与实验中，我感觉有了很大的收获：首先，通过实验及查阅相关资料使自己对课本上的知识有了更深的掌握，更好的理解，使自己的理论知识与实际相结合，同时实验也增强了我个人的动手能力。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。另外，针对设计中出现的问题，通过查资料和请教老师，得到解决后，更增加了自己设计的信心。实际与理论同样重要，这次课程设计对我无论是以后的工作还是学习都有莫大的帮助。在实习中，我感受到了老师对学生的那种诲人不倦的精神，固定时间和课余时间，老师给我们指导，使我们少走弯路，顺利完成实习任务，在这里我真诚地感谢我的指导老师！八、参考文献毕满清主编. 电子技术实验与课程设计. 第3版. 机械工业出版社 阎石主编. 数字电子技术基础. 第4版. 高等教育出版社 陈汝全主编. 电子技术常用器件应用手册. 第2版. 机械工业出版社附 录实验室可提供的部分元器件清单 按型号索引 TTL系列 T063 T064 T065 T066 T067 T069 T072 T075 T076 T077 T078 T079 T082 T084 T213 T217 T338 T451 T690 LSTTL系列 LS00 LS01 LS02 LS04 LS09 LS10 LS11 LS20 LS22 LS30 LS32 LS40 LS47 LS49 LS51 LS55 LS64 LS74LS76 LS85 LS86 LS90 LS109 LS112 LS122 LS123 LS132 LS133 LS138 LS151 LS160 LS175 LS190 LS192 LS249 LS273 LED共阴型数码管 555定时器 8喇叭 扭子开关 各类电阻 电容（0.01,0.1,1，10F等） 电位器（1K， 2.2K等） 按功能索引 六非门 LS04-T082 与非门 四2入 LS00-T065 LS01-T066（OC） 三3入 LS10 二4入 LS20-T063 LS22-T064（OC） T069（功率门） LS40（缓冲器） LS132（施密特F/F） 单4入 T084（OC） 单8入 LS30 单13入 LS133 或非门 四2入 LS02 与 门 四2入 LS09（OC） 三3入 LS11 双4入 T069 或 门 四2入 LS32 与或非门 2-2入，3-3入各一 LS51 单4-4入 LS55 单4-3-2-2入 LS64-T072