篮球竞赛30秒定时电路设计

本科毕业设计（论文）目 录第一章 序言 .2第二章 任务书的设计 .2第三章 电路的组成. .3第四章 设计原理及步骤.4第五章 安装与调试.11第六章 总结.11 1第一章 序 言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。第二章 任务书的设计一、设计题目：篮球竞赛 30 秒定时电路二、技术要求1、设计一个 30 秒计时电路，并具有时间显示的功能。2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零，启动和暂停/连续计时。3、要求计时电路递减计时，每隔一秒钟，计时器减一。4、当计时器递减计时到零（即定时时间到）时，显示器上显示 00。同时发出光电报警信号。三、给定条件及器件1、集成电路：74LS192 2 片，74LS48 2 片， NE555 1 片2、电 阻：10k 4 片，15k 68k 1k 各 1 片3、电 容：10F 1 片 ， 0.1F 1 片4、其他器件：发光二极管 1 只 ，共阴极七段 LED 显示器 2 只 双刀开关 2 只 四、设计内容1.电路各部分的组成和工作原理。2.元器件的选取及其电路图和功能。3.电路各部分的调试方法。4.在整机电路的设计调试过程中，遇到的问题的原因及解决的办法。 2第三章 电路的组成30 秒定时器的总体参考方案框图如图所示。它包括秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个部分。图 1 24 秒定时器的方框图一、秒脉冲发生器产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准，但本设计对此信号的要求并不是太高，电路可以采用 555 集成电路构成。二、计数器完成 30 秒计时的功能。 三、单元译码显示电路可以用 74LS48 和共阴极七段 LED 显示器组成。四、控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/继续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。五、电路报警电路可以用发光二极管组成。 3第四章 设计原理及步骤一、秒脉冲发生器部分用 555 集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟，如图 2 连接：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。图 2 多谐振荡器输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：tw1 ： uC (0) = VCC /3 V、uC () =VCC、 1=(Ra+ Rb)C、 当 t= tw1 时， uC (tw1) =2 VCC /3 代入三要素方程。于是可解出tw1=0.7(Ra+ Rb)Ctw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC () =0V、 1= RBC、当 t= tw2 时，uC (tw2) =VCC /3 代入公式。于是可解出tw2=0.7RbC 4振荡周期 T = tw1+tw2=0.7 ( Ra + 2Rb) C =1 (s)多谐振荡器的波形：tuctuoOO二、计数器部分它是由两片 74LS192 的 8421BCD 码递减计数器构成。74LS192 是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位 和借位 输出端。当需要进行多级COB扩展连接时，只要将前级的 端接到下一级的 CP+端， 端接到下一级的 CP-端即可。CO此计数器预置数为（0011 0000）8421BCD=（30）10。只有当低位 1 端发出借位脉冲，高位计数器才做减计数。当高，低位计数器全为零时，且 CPD 为 0 时，置数端 2，计数器完成并行置数，在 CPD 端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。图 3 递减计数器 574192 功能表：输 入 输 出R CP+ CP- D0 D1 D2 D3LDQ0 Q1 Q2 Q31 X X X X X X X0 0 X X I0 I1 I2 I30 1 1 X X X X0 1 1 1 X X X X0 1 1 1 X X X X0 0 0 0I0 I1 I2 I3加计数减计数保持三、显示电路部分用 74LS48 和共阴极七段 LED 显示器组成，如图 4 连接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 LE、 RBI、 O/。 LE端为测试端。在 BI端接高电平的条件下，当 LE=0 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。 I端为灭零输入端。在 LE=1， 1I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。 BI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，记为 RO。当该位输入的 A、B 、C、D=0000 且 0RBI时，此时 RO输出低电平；若该位输入的 A、B、C、D 不等于零，则 O输出高电平。若将 与 BI配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。例如对整数部分，将最高位的 接地，这样当最高位为零时“灭零” ，同时该位 RB输出低电平，使下一位的 RI为低电平，故也具有“灭零”功能；而对于小数部分, 应将最低位的 I接地，个位的 B端悬空或接高电平，低位的 RBO接至高位的 I。74LS48 可直接驱动共阴极 LED 数码管而不需外接限流电阻。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。 6图 4 显示电路7448 功能表：输 入 输 出 显 示 字 型D C B ALTRBIO/ g f e d c b a0 X 1 X X X X1 0 1 0 0 0 0X X 0 X X X X1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 08灭灭1 1 1 0 0 0 0 1 X 1 0 0 0 11 X 1 0 0 1 01 X 1 0 0 1 11 X 1 0 1 0 01 X 1 0 1 0 11 X 1 0 1 1 01 X 1 0 1 1 11 X 1 1 0 0 01 X 1 1 0 0 10 1 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 01 0 1 1 0 1 11 0 0 1 1 1 11 1 0 1 1 0 11 1 0 1 1 0 11 1 1 1 1 0 00 0 0 0 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 0 0 1 1 101234567891 X 1 1 0 1 01 X 1 1 1 1 11 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0无效输出 7四、辅助时序控制电路部分此控制电路可以完成以下四项功能：1、操作“清零”开关，要求计数器清零，2、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示 30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。3、当“暂停/连续”开关处于 “暂停”是，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数4、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。同时应注意的是如图可以知道两个与非门构成的基本 RS 出发器，构成防止产生机械开关的毛刺现象，并控制输入信号的输入从而达到，占停计时和继续计时。 8图 5 控制电路五、报警电路部分当芯片 2 输出为低电平时发光二极管工作，发出报警。图 6 报警电路 9六、总电路图图 7 总电路图 10第五章 安装与调试一、根据设计的电路图在面包板上按各个模块组装接好实际电路，检查电路接线正确，然后对各个模块进行功能检测校正：1、对 7448 芯片的译码显示通过一系列输入测试是否与其功能表相同2、对 74192 的逻辑功能通过万用表进行测试，验证其功能状态；3、对各芯片组成的触发器的逻辑功能测试，验证其功能状态；二、当检测出问题后分析出原因，是元器件本身原因还是接线错误，更换元件或重新正确接线，保证电路的正确运行。三、检测正确把各个模块整体连接，联调校正，检测电路是否能满足系统的设计要求。四、经检测校正各个模块正确实现其功能，整体电路满足系统的设计要求。第六章 总结在此次设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和疑惑的位置，还有一些出现的未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和