篮球30s倒计时设计报告

天津工业大学天津工业大学 电子线路专题设计与制作电子线路专题设计与制作 报告书报告书 学 院 电子与通信工程学院 班 级 通信 1104 姓 名 杨洪磊 学 号 实践题目 篮球比赛 30 秒倒计时器 指导教师 高强 目录目录 1 设计目的 1 2 设计要求 1 三 总体方案 1 四 单元模块设计 2 4 1 计数器电路设计 4 2 脉冲发生电路设计 4 3 译码显示电路设计 4 4 控制及报警电路设计 五 总体电路图 5 六 元件清单 7 七 PCB 版图 8 7 1 原理图 7 2 印刷电路板 八 设计心得 10 九 参考文献 10 0 1 设计目的 1 熟悉集成电路的引脚安排 2 掌握各芯片的逻辑功能及使用方法 3 了解篮球比赛 30 表倒计时器的工作原理 4 熟悉 30 秒倒计时器的设计和制作 二 设计要求 1 三十秒计时器 具有显示 30 秒的计时功能 2 系统设置外部操作开关 控制计时器的直接参数 清零和暂停功能 3 计时器为三十秒递减计时器 其计时间隔为一秒 4 当计时器递减到零时 数码管显示器不能灭灯 LED 变亮报警 三 总体方案 经过初步的设计 可以确定该系统应包括秒脉冲发生器 计数器 译码显 示电路 控制电路和报警电路等 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 30s 计时功能 而控制电路具有直接控制计数器的 启动计数 暂停 连续计数 译码显示电路的显示和灭灯功能 为了满足系统 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 在操 作直接清零开关时 要求计数器清零 数码显示器显示零 当启动开关闭合时 控制电路应封锁时钟信号 CP 同时计数器完成置数功能 译码显示电路显示 30s 字样 当启动开关断开时 计数器开始计数 当暂停 连续开关拨在暂停 位置上时 计数器停止计数 处于保持状态 当暂停 连续开关拨在连续时 计数器继续递减计数 系统设计框图如图 1 1 所示 1 脉冲发生器脉冲发生器计数器计数器计数器计数器 十位显示十位显示个位显示个位显示小数位显示小数位显示 译码器译码器译码器译码器译码器译码器 计数器计数器 报警电路报警电路 控制电路控制电路 图 1 1 4 单元模块设计 4 1 计数器电路设计 计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件 它不仅可以用来对脉冲 进行计数 还常用做数字系统的定时 分频和执行数字运算以及其他特定的逻 辑功能 本次课程设计中选用 74LS192 来实现要求的减法计数功能 按照课程设计要求 需要计时 30s 并且显示到 00s 因此该设计中需要用 到两个十进制的减法计数器 我们可以用两片 74LS192 来实现这两个计数器 计数模块中的两片计数器的加计数器脉冲输入端都要接高电平 且要将低位片 的借位信号加到高位片的减计数脉冲输入端 高位片计数器的借位信号控制报 警信号 在进行减计数时 借位信号一直为高 74LS192 具有下述功能 1 异步清零 MR 1 Q3Q2Q1Q0 0000 此功能可实现计数器的清零 2 异步置数 MR 0 0 Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0 PL 3 保持 MR 0 1 CPU CPD 1 Q3Q2Q1Q0保持原态PL 4 加计数 CR 0 1 CPU CP CPD 1 Q3Q2Q1Q0按加法规律计数PL 5 减计数 CR 0 1 CPU 1 CPD CP Q3Q2Q1Q0按减法规律计数PL 4 2 脉冲发生电路设计 2 用 555 定时器构成多谐振荡器电路如图 1 2 a 所示 电路没有稳态 只有两 个暂稳态 也不需要外加触发信号 利用电源 VCC通过 R1和 R2向电容器 C 充电 使 uC逐渐升高 升到 2VCC 3 时 uO跳变到低电平 放电端 D 导通 这时 电容器 C 通过电阻 R2和 D 端放电 使 uC下降 降到 VCC 3 时 uO跳变到高电平 D 端截止 电 源 VCC又通过 R1和 R2向电容器 C 充电 如此循环 振荡不停 电容器 C 在 VCC 3 和 2VCC 3 之间充电和放电 输出连续的矩形脉冲 其波形如图 1 2 b 所示 图 1 2 555 构成的振荡电路及即波形 输出信号 uO的脉宽 tW1 tW2 周期 T 的计算公式如下 tW1 0 7 R1 R2 C tW2 0 7R2C T tW1 tW2 0 7 R1 2R2 C 根据要求 该系统中要使 555 构成的多谐振荡电路产生 10Hz 的脉冲 因 此我们可以令 R1 51k R2 49k C 970nF 得到周期 T 0 7 0 101s 6 1097 0 49251 kk 4 3 译码显示电路设计 本次设计中我们用发光二极管 LED 组成字型来来显示数字 这种数码管的每个线 段都是一个发光二极管 因此也称 LED 数码管或 LED 七段显示器 因为计算机输出的是 BCD 码 要想在数码管上显示十进制数 就必须先把 BCD 码转换成 7 段字型数码管所要 8 4 7 6 555 3 2 1 5 R1 R2 uc C VCC uo D t uo 0 tw2tw1 t uc 0 CC V 3 2 CC V 3 1 T a b 3 求的代码 我们把能够将计算机输出的 BCD 码换成 7 段字型代码 并使数码管显示出十 进制数的电路称为 七段字型译码器 因此在本次的设计中我们采用了常用的 74LS48 对输入代码 0000 译码条件是 LT 和 RBI 同时等于 1 而对其它输入代 码则仅要求 LT 1 这时候 译码器各段 a g 输出的电平是由输入 BCD 码决 定的 并且满足显示字形的要求 74LS48 的功能表如下 74LS48 功能表 输入输出 十进数 或功能 LTRBID C B A BI RBO abcdefg 0HH0 0 0 0H1111110 1Hx0 0 0 1H0110000 2Hx0 0 1 0H1101101 3Hx0 0 1 1H1111001 4Hx0 1 0 0H0110011 5Hx0 1 0 1H1011011 6Hx0 1 1 0H0011111 7Hx0 1 1 1H1110000 8Hx1 0 0 0H1111111 9Hx1 0 0 1H1110011 10Hx1 0 1 0H0001101 11Hx1 0 1 1H0011001 12Hx1 1 0 0H0100011 13Hx1 1 0 1H1001011 14Hx1 1 1 0H0001111 15Hx1 1 1 1H0000000 BIxxx x x xL0000000 RBIHL0 0 0 0L0000000 LTLxx x x xH1111111 表 1 1 74LS48 的功能表 4 4 控制及报警电路设计 报警电路 任务要求在倒计时到 0 秒时LED X2 变亮报警 因次我们可以将 192 的输出 4 端 当计时到 0 秒时最高位 192 的借位 BO 会由高电平跳变为低电平 LED 导通 这样就产生了报警信号 暂停 置位 清零 暂停 可以通过在将借位信号和暂停控制信号和时序脉冲信号加到一起相 与之后作用到小数位计数器减计数脉冲输入端 即实现计数器递减计数到零时 显示器不灭灯 当开关打到低电平时计时器暂停 当开关打到高电平时计时器 正常计时 启动置位 可通过 192 的 异步置数 MR 0 0 时 PL Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0 来使计时器置位启动 LCAD 即 端的置位功能连接 PL 清零 可以通过 192 的 异步清零 MR 1 时 Q3Q2Q1Q0 0000 来使计时 器清零 CLR 即 MR 端的清零功能的电路连接 5 总体电路图 小结 小结 该篮球竞赛 30S 计时器的设计主要分为五个模块 时钟模块 计数模块 译码显示模块 控制电路和报警电路 其中计数模块中的两片计数器的加计数 5 器脉冲输入端都要接高电平 且要将低位片的借位信号加到高位片的减计数脉 冲输入端 高位片计数器的借位信号控制报警信号 在进行减计数时 借位信 号一直为高 此过程报警信号不工作 当计数器减计数到零时 借位信号变为 低 LED 导通 这样就产生了报警信号 这是该计时器的一个简单的工作流程 6 元件清单 1 芯片 LM555 一片 74LS02 一片 74LS04 一片 74LS11 一片 74LS48 三片 74LS192 三片 2 电阻 51K 一个 49K 一个 3 电容 970nF 一个 10nF 一个 4 三极管 2N2222A1 个 5 开关 单刀双掷开关 3 个 5 共阴数码管 1 个 6 LED 1 个 7 PCB 版图 7 1 原理图 1 5 PCB 原理图 6 7 2 印刷电路板 无覆铜 1 6 无覆铜印刷电路板 小结 小结 PCB 原理图及印刷电路板是使用Altium Designer 10 设计的 在设计 过程中遇到的了一些问题但是都解决了 布线比较慢 8 设计心得 课程设计需要的是活学活用所涉及的知识 在设计中 我充分应用我们所 学的知识 例如 集成电路 74LS 系列 三极管 二极管 整定时器 555 等元件 的应用 这次实践使我受益匪浅 在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的 过程中 特别有趣 培养了我的设计思维 增强了我的实际操作能力 在让我 体会到设计电路艰辛的同时 更让我体会到成功的喜悦和快乐 这次设计所用 的的工具是 Multisim 11 Altium Designer 10 由于之前接触过类似的软件 所以画图和仿真就比较方便 使设计的质量得到了保证 在设计过程中还是遇到很多困难的 例如 192 芯片的置数问题需要低电平 启动 高电平运行 而且在最后保持 00 状态时也出现过问题 最后利用十位数 计数器的借位信号用来控制该状态 仿真过程中用的 protues 软件 该软件还 是比较简单好用的 例如可以用方波来直接代替 555 定时器 而且不用经