篮球竞赛24s计时器

电子课程设计 篮球竞赛 24s 计时器 学院 电子信息工程学院 专业 姓名 学号 指导教师 2014 年 12 月 目目 录录 一 设计任务与要求 3 二 总体框图 3 三 选择器件 4 四 功能模块 10 五 总体设计电路图 14 六 硬件调试 17 七 心得与总结 17 篮球竞赛 24s 计时器 一 设计任务与要求 1 设计一个具有显示 24S 计时功能的篮球竞赛计时器 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 计时器为 24S 递减计时器 其时间间隔为 0 01 秒 4 计时器减计时到零时 发出报警信号 二 基本原理与电路框图 1 电路框图 篮球竞赛 24 秒计时器的电路框图如图 2 1 所示 十位显示 秒脉冲触发器 控制电路 计数器计数器 报警电路个位显示 图 2 1 电路框图 2 基本原理 1 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 2 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 3 译码显示器是 DCD HEX 七段发光二极管 报警电路在实验中可用发 光二极管和蜂鸣器组成 三 选择器件 1 原件清单 该设计所用的器件如表 3 1 所示 表 3 1 元器件清单 2 元件介绍 1 74LS192 74LS192 为可置数的同步十进制双时钟加减计数器 如图 3 1 所示它具有 上升沿有效的加计数时钟端 UP 和减计数时钟端 DOWN 该计数器具有异步清 零端 当清零信号 CLR 为高电平时 实现清零功能 该计数器还有异步置数功 能 当置数信号 LOAD 为低电平时 实现预置数 当计数器加计数 且计数值 为 9 时 进位端 CO 输出宽度等于加计数脉冲 UP 的低电平脉冲 当计数器减计 数 且计数值为 0 时 借位端 BO 输出宽度等于减计数脉冲 DONW 的低电平脉 冲 执行加数功能时 减计数端 DOWN 接高低电平 计数脉冲由 UP 端输入 执行减数功能时 加数端 UP 接高电平 计数脉冲由减数端 DOWN 输入 74LS192 的管脚图如图 3 1 所示 74LS192 的功能表如表 3 2 所示 序号用途型号 数量 1 十进制计数器 74LS192 2 片 2 多谐振荡器 CM555 1 片 3 二输入或门 74LS32 1 片 4 二输入与门 74LS08 1 片 5 八输入或门1 片 6 六输入或非门1 个 7 数码管2 个 8 灯泡1 个 9 蜂鸣器1 个 10 电阻 电容若干 U1 74LS192D A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 图 3 1 74LS192 的管脚图 表 3 2 74LS192 功能表 输 入输 出 CRLD UPDOWNDCBAQDQCQBQA 1 0000 00 abcdabcd 01 1 加计数功能 011 减计数功能 2 555 定时器 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件 一般用双 极性工艺制作的称为 555 555 定时器的电源电压范围宽 可在 4 5V 16V 工作 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 实现本设计所需的单稳态触发器 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 3 其逻辑框图 555 定时器的逻辑框图如图 3 2 所示 图 3 2 555 逻辑框图 内部原理结构 555 定时器的内部原理结构如图 3 3 所示 图 3 3 555 内部原理结构 功能表 在 1 脚接地 5 脚未外接电压 两个比较器 A1 A2基准电压分别为 的情况下 555 时基电路的功能表如表 3 3 所示 CCCC V 3 1 V 3 2 表 3 3 555 时基电路的功能表 清零端高触发端低触发端Qn 放电管功能 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 22 Jun 2005Sheet of File E 书书书 书书书书书书书 书书书书 ddbDrawn By 5K 5K 5K T Q Q A A S R V1 V2 1 D Q V TH TL VR CC VSS 1 2 84 5 6 3 7 1 2 C D DR TH TL 1 T 0 0导通 直接清 零 1 CC V 3 2 CC V 3 1 0导通置 0 1 CC V 3 2 CC V 3 1 1截止置 1 1 CC V 3 2 CC V 3 1 Qn不变保持 3 数码管 数码管按照其发光二极管的连接方式不同 可分为共阳极和共阴极两种 共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平 而阳极分别由 a b c d e f 输入信号驱动 当某个输入为高电平时 相应的发光二极管 点亮 共阳极数码管则相反 它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平 而阴极分别由 a b c d e f 输入信号驱动 当某个输入为低电平时 相应 的发光二极管点亮 由于计数器输出的是 8421BCD 码 数码管不能直接显示成数字 为了让数 码管显示人们看懂的数字 就需要把计数器输出的 8421BCD 码转换成数码管显 示的阿拉伯数字 这就需要译码器的翻译 本设计采用 DCD HEX 七段发光二极管译码显示器 DCD HEX 为共阴极 LED 数码管 显示器引脚从左到右依次为 4 3 2 1 该显示包含了译码功能 所 以无需专门的译码器 数码管的符号如图 3 4 所示 图 3 4 数码管的逻辑符号 4 与门 与门是实现 与 运算的门电路 与门的逻辑符号如图 3 5 所示 与门的 功能表如表 3 4 所示 图3 5 与门的逻辑符号 表 3 4 与门的功能表 5 或门 或门是实现逻辑 或 运算的逻辑电路 或门的电路图如图 3 6 所示 或 门的功能表如表 3 5 所示 输 入 输 出 A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 图 3 6 或门的符号 表 3 5 或门的功能表 6 或非门 或非门实现或非逻辑 其符号如图 3 7 所示 U1 NOR6 图 3 7 或非门的符号 输 入输 出 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 其功能表 真值表 如表 3 6 所示 表 3 6 或非门真值表 四 功能模块 1 秒脉冲发生器 用 555 集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器 原理与功能见 上页 公式如下 Tw1 0 7 R2 R1 C1 Tw2 0 7R1 C1 振荡周期计算公式 T 0 7 R2 2R1 C1 0 01s 秒脉冲发生器的电路图如图 4 1 所示 图 4 1 秒脉冲发生器 输 入输 出 ABY 001 010 100 110 2 24S 倒计时电路 根据设计要求实现二十四进制递减 所以该电路需要使用两个十进制同 步 减法计数 因此使用 2 个 74LS192 芯片级联来实现技术功能 又因为该计数器 是 24 进制循环 所以还使用了 8 输入或门 74LS192 级联是把两个置数段相连 因为要求是递减的 24 进制 所以把 up 端接在电源处 把第一个芯片的减计数脉冲 DOWN 与第二个芯片的借位端 BO 相连 另一要求是 24 进制循环 因此还需要使用 8 输入或门来实现 当两个芯 片计数到 00 时 8 输入或门输出 0 送给置数端 使芯片又显示成 24 24 秒倒计时电路的电路图如图 4 2 所示 图 4 2 24s 倒计时电路 3 控制开关的设计 在本次设计中 由于设计的要求 要实现计数器的暂停 置数和回秒控制 所以需要设计三个开关来控制电路 1 置数开关 清零开关 该设计要求 24 进制递减且循环具有置数 清零的作用 因此需要加入与门 和或门 将 8 输入或门的输出端连接在与门的一端 与门的另一端接在置数开 关之前 将或门的一端接在与门的输出端 或门另一端接在清零开关之后 其 输出端接在两个芯片的置数端 LOAD 相连处 电路如图 4 3 所示 U1 74LS192D A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U2 74LS192D A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U3 DCD HEX 4321 U4 DCD HEX 4321 VCC 5V U5 OR8 U6 OR2 U7 AND2 J1 Key 2 R1 10kOhm 5 X1 2 5 V U9 NOR6 J2 Key 1 V1 100 Hz 5 V U8 200 Hz 图 4 3 置数 清零开关电路图 3 控制开关 因为 555 产生秒脉冲全靠给 C2 充放电产生 所以只需中断 C2 的充放电 即可 所以在 C2 的另一端用一个开关控制接地 这就形成了暂停 连续开关 暂停开关的电路图如图 4 4 所示 图 4 4 暂停开关电路图 4 报警电路 当数码管显示 00 的时候 即倒计时结束 灯泡和蜂鸣器会发出报警 报警 电路如图 4 5 所示 图 4 5 报警电路图 5 总体设计电路图 根据设计要求用 555 集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器 实 现二十四进制递减 所以该电路需要使用两个十进制同 步减法计数 因此使用 2 个 74LS192 芯片级联来实现技术功能 又因为该计数器是 24 进制循环 所以 还使用了 8 输入或门 要实现计数器的暂停 置数和回秒控制 所以需要设计 三个开关来控制电路 当数码管显示 00 的时候 即倒计时结束 灯泡和蜂鸣器 会发出报警 篮球竞赛 24 秒计时器是的总体电路如图 5 1 所示 U1 74LS192D A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U2 74LS192D A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U3 DCD HEX 4321 U4 DCD HEX 4321 VCC 5V U5 OR8 U6 OR2 U7 AND2 J1 Key 2 R1 10kOhm 5 X1 2 5 V U8 200 Hz U9 NOR6 J2 Key 1 U10 LM555CM GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI 2 R2 10kOhm 5 R3 2 2kOhm 5 C1 1 0uF VCC 5V C2 1 0uF J3 Key 3 图 5 1 篮球竞赛 24 秒计时器总体电路 1 计时预备阶段 该设计是篮球球竞赛 24 秒计时器 所以要求是 24 进制递减计数 开始仿 真时 置数 清零 暂停 3 个开关全都处于断开状态 数码管显示的是 24 电 路如图 5 2 所示 图 5 2 计时具备阶段电路 2 计时阶段 电路开始计时的电路图如图 5 3 所示 图 5 3 电路计时阶段的电路 3 暂停电路 在电路运行的状态下 按下开关 3 使暂停开关接通 计数停止 电路如图 5 4 所示 图 5 4 暂停电路 4 电路报警 在电路运行的状态下 电路持续递减直到数码管显示为 00 时 电路发 生报警 灯 x1 亮 电路如图 5 5 所示 图 5 5 报警电路 6 硬件调试 实验室里没有足够的元器件 所以有些元件需要筛减并对主要电路进行了 硬件操作验证 我只做了一个 74LS192 异步置数从 9 递减到 0 是把借位端 BO 和非门相连 之后非门输出和置数端 LOWN 相连 把清零端 CLR 接在开关上 因为实验室没有四输入或非门 因此可用或门和非门来替代 输出端 Y 接在 LED 上 开关 S1 接高电平显示器显示 0 接低电平正常工作 显示器显示 0 输出端 Y 输出 1 LED 灯亮 其他情况则不亮 7 设计心得与总结 这次的课程设计我学到了好多 通过 Multisim 软件 可以很方便的实现计 算机仿真和虚拟实验 与传统的实验方法相比 通过 Multisim 仿真可实现设计 与实验可以同步进行 且修改电路容易 连线直观 但是在调试的过程中也遇 到了很多麻烦 浪费了很多时间 有的是电路图设计的不对 有的是因为对逻 辑电路的理解不到位 所以在修改的过程中困难也是不小的 在这期间 我查