篮球24秒计时器.doc

武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 篮球24秒记时器的设计与制作初始条件：（1） 具备显示24秒记时功能（2） 计时器为递减工作，间隔为1S（3） 递减到0时发声光报警信号（4） 设置外部开关，控制计时器的清0，启动及暂停要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） 设计任务及要求（2） 方案比较及认证（3） 系统框图，原理说明（4） 硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明（5） 调试记录及结果分析（6） 对成果的评价及改进方法（7） 总结（收获及体会）（8） 参考资料（9） 附录：器件表，芯片资料时间安排：6月28日7月1日：明确课题，收集资料，方案确定7月2日7月6日：整体设计，硬件电路调试7月6日7月9日；报告撰写，交设计报告，答辩指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 21目录 摘要11篮球竞赛24秒定时的方法1.1电路的组成21.2设计方案. .32系统电路图或实现过程2.1秒脉冲发生器.42.2计数器. 62.3控制电路. 82.译码显示电路.112.5报警电路.142.6总电路图.14结束语17参考文献18附录 1元件清单19摘要 本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了24秒计时器。此计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能，同时应用了七段数码管来显示时间。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的应用价值 关键词：计数器；振荡器；篮球比赛；24秒定时器 篮球24秒记时器的设计与制作1 结构设计与方案选择1.1电路的组成 24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1-1 24秒计时器系统设计框图 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。 计数器完成24秒计时的功能。 单元译码显示电路可以用74LS48和共阴极七段LED显示器组成。 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。 电路报警电路可以用发光二极管组成。 本设计的核心部分是要设计一个24S计数器，并且对计数结果进行实时显示，同时要实现设计任务中提到的各种控制要求，因此系统可以采用图1中的技术方案。其中24S计数器和控制电路是整个系统的核心部分，24S计数器为递减计数器，控制电路实现计数、外部清零、启动计数、暂停/连续、译码/显示、报警等控制。秒脉冲发生器产生频率为1S的脉冲信号，作为计数器的计时脉冲。1.2设计方案1.2.1设计原理: 包括秒脉冲发生器、计数器、译码与显示电路、报警电路和控制电路（辅助时序控制电路）等五个部分组成。计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1其中计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数器、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。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。 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是太高，电路采用555集成电路的多谐振荡器的构成。 译码显示电路用74LS48和共阴极七段LED显示器组成。报警电路在实验中可用发光二极管代替。 报警电路有两种方案，一种利用D触发器，还有一种利用3输入与非门进行对报警电路的控制。 2系统电路图或实现过程2.1 1秒脉冲发生器为了给计数器74LS192提供一个时序脉冲信号,使其进行减计数,本设计采用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如图2-1示.其中555管脚图如下图2-2示. 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、 t1=(Ra+ Rb)C、 t= tw1时，uC (tw1) =2 VCC /3 tw1=0.7(Ra+ Rb)C tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC () =0V、 t1= RBC、 t= tw2时，uC (tw2) =VCC /3 tw2=0.7RbC 振荡周期 T = tw1+tw2=0.7 ( Ra + 2Rb) C =1 (s) 因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取100K欧姆,R2取100K欧姆,电容取C为4.7uF、C1为0.01uF,.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为1秒. 图2-2 555管脚图 图2-1 555多谐振荡电路图 多谐振荡器的波形如图2-3tuctuoOO 图2-3 多谐振荡器的波形2.2 计数器 计数器选用汇总规模集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加锁计数器，它采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、加锁计数功能。 图2-4是74LS192外引脚及时序波形图。图中、分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。是异步并行置数控制端（低电平有效）， 、分别是进位、借位输出端（低电平有效），CR是异步清零端，D3-D0是并行数据输入殿，Q3-Q0是输出端。74192的功能表见下表2-5所示。其工作原理是：当=1，CR=0时，若时钟脉冲加到端，且=1 图2-4 74LS192外引脚及时序波形图 输 入输 出R CP+ CP- D0 D1 D2 D3Q0 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加计数减计数保持表2-5 74192功能表则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到端，且 =1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时， 端发出借位下跳变脉冲。由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下图2-6所示 图2-6 8421BCD二十四递减计数器 其预置数为N=（00100100）= (24)10。它的计数原理是 : 只有当低位 端发出借位脉冲时 , 高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零 , 且 为 0 时 , 置数端 =0, 计数器完成并行置数 , 在 端的输入时钟脉冲作用下 , 计数器再次进入下一循环减计数。2.3 控制电路按照系统要求，电路应该完成以下4个功能：1）当操作直接清零按键时，要求计数器清零。2）当启动按键闭和时，控制电路应封锁时钟信号CP（脉冲信号），同时计数器完成置数功能，显示器显示24s字样。当启动按键释放时，计数器开始减法计数。3）当暂停/连续开关处于暂停状态时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示器显示原来的数，而且保持不变，当暂停/连续开关处于连续状态时，计数器正常计数，另外，外部操作开关都应采取消斗措施，以防止机械震动造成电路工作不稳定。4）当计数器递减到零时，控制电路输出报警信号，计数器保持不变。 根据要求，在报警电路可以用一个3输入与非门，和两个非门反馈，控制计数到00时的报警和计数保持不变.，如图2-7所示。还可以用D触发器（74LS74D功能表如图2-9）和一个与门来控制，如图2-8所示.。 图2-7中，开关S1控制时钟信号的输入，用S1控制暂停和启动，开关S2控制74192的置数和启动计数，开始计数时BO输出高电平，通过非门到达报警灯，灯不亮，同时通过3输入与非门，时钟信号正常输入。当计数到00时，BO输出低电平，经过非门成高电平，此时，报警灯亮，当BO为低电平时，通过3输入与非门，时钟信号无法输入，再通过一个非门输出一个低电平到第一个74192的输入端，当其输入端同时为低电平时，停止计数。 图2-7 用三输入与非门构成的控制电路图2-8中， 接 74LS192 的预置数控制端, 当开关 S2接地时 , =0,74LS192 进行置数 ; 当 S1接高电平时, =1,74LS192 处于计数工作状态 。图2-8 中的与门是时钟脉冲信号 CP 的控制电路 ,控制 CP 的放行与禁止。当定时时间未到时 ,74LS192 的借位输出信号路 , =1, 则 CP 信号受 “暂停 / 连 续” 开关S2的控制 , 当S2处于“暂停” 位置时 ,或门输出 0 , 计数器暂停计数 ; 当S2 处于 “连续”位置时 , 或门输出 1, 计数器在 CP 作用下 , 继续累计计数。计数时，D触发器的Q输出低电平，报警灯不亮。当定时时间到时 =0, D触发器被置 1,Q=0,此时计数器保持零状态不变，此时报警灯亮。 图2-9 74LS74功能表 图2-8 用D触发器构成的控制电路 2.4 码显示电路选用器件时应注意显示译码器和显示器的相互配合。一是驱动功率要足够大，二是逻辑电平要匹配。例如，采用共阴型LED数码管应选“译中”为高电平的译码器；高电平驱动LED数码管时不能用普通TTL译码器，应选用功率门或者OC门。按照上面的要求设计如图2-10连接，用74LS48（引脚图图2-9）和共阴极七段LED显示器组成。74LS48（功能表见图2-11）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=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。端为灭零输入端。在=1，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。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。当该位输入的A、B、C、D=0000且时，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。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”，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零”功能；而对于小数部分, 应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低位的接至高位的。74LS48可直接驱动共阴极LED数码管（引脚图如图图2-10 ） 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。 图2-9 74LS48引脚图 图2-10 输 入输 出显 示 字 型 D C B Ag f e d c b a 0 X 1 X X X X 1 0 1 0 0 0 0 X 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 1 1 X 1 0 0 1 0 1 X 1 0 0 1 1 1 X 1 0 1 0 0 1 X 1 0 1 0 1 1 X 1 0 1 1 0 1 X 1 0 1 1 1 1 X 1 1 0 0 0 1 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 10123456789 1 X 1 1 0 1 0 1 X 1 1 1 1 11 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0无效输出 图2-11 图2-12 共阴极七段LED显示器管脚图 2.5报警电路 当芯片2输出为低电平时发光二极管工作，发出报警，如图2-13。 图2-13 报警电路2.6 总电路图 2.6.1图2-14 用D触发器构成的24秒计时器2.6.2图2-15 用三输入与非门构成的24秒计时器 图 2-14图 2-15 结束语本次课设是本人到目前为止觉得最有意义也是收获最大的一次实习。身为电气工程系的学生，设计是我们将来必需的技能。而这次课设恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的平台。从通过理论设计，到仿真软件仿真，再到确定具体方案，再到安装实际电路，最后到调试电路、成型。整个过程都需要我充分利用所学的知识进行思考、借鉴。可以说，本次课设是针对前面所学的知识进行的一次比较综合的检验。总的来说，这次课设虽然累，但非常充实。 在这次实习中，正确的思路是很重要的，只有你的设计思路是正确的，那你的设计才有可能成功。因此我们在设计前必须做好充分的准备，认真查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。这让我学到了很多书本上所学不到的知识，使我获益良多。同时在实验的过程中让我明白了无论做什么事都需要严谨的做事态度，比如在实验过程中我们的设计是无论如何也不可以出差错的，哪怕是一丁点的错误也会影响到实验的最终结果，这就要求我们细心细心再细心，认真认真再认真。 在课题设计中不怕失败，在失败中总结经验，为成功积累素材；学着自我超越，敢于尝试，在尝试中