数电课程设计秒计时器

1、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：30秒计时器电路设计控制电路的设计13报警电路16摘要计时器在人类生活中有着非常重要而广泛的应用，古时候人们就开始用沙漏和水漏做定时 工具，随着科技和社会的发展，人们开始用全新的方法来改造计时器以达到准确计时的目 的。篮球竞赛计时器就是一种典型的计时器的应用。在篮球比赛中规定球友持球的时间不能超过30秒，否则就是犯规。本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”,可用丁篮球比赛中，用丁对球员持球时间进行30秒限制，一旦球员持球的时间超过了 30秒，它将自动报警从 而判定刺球员的犯规。本文设计用的是实现以中小规模集成电路设计计时器的方法，它

2、是一种典型的数字电 路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。它是由时钟脉冲产生电路、计数电路、译码驱 动及显示电路、报时电路及电源电路组成。时钟脉冲采用555定时器构成多谐振荡电路产生，。通过EDA软件Multisim10绘制了电子电路仿真原理图，并进行仿真，同时用万 能板焊接制作了硬件实现电路。AbstractClock , as we all know , is widly and importantly used in human ancient,our ancestor began to use sandglass and hourglass as timework,but,with t

3、he fast development of science and sociaty,people start using all new method to change out clock and make it more exacat.Basketball game is a particular field to use is a rule in basketball game that player can ' t hold the ball exceed 30 seconds,otherwise it is a foul.”the 30 seconds clock in b

4、asketball game"designed in my course design can used in badketball game,to limited players hold the ball in players hold ball over 30 seconds it will give an alarm by itself to judge the player is foul.What the paper use is the design to realize medium scale with integrated circuit design metho

5、d, it is a kind of typical digital circuits, including the portfolio logic circuit and the sequential is constitute by the clock pulse circuits, counting circuit, decode drive and display circuit, chime circuit and power circuit component. Clock pulse 555 timing constitute by multiple resonance swin

6、g circuit produce,. we draws electronic circuit simulation principle chart and simulation through Multisim10 EDA software, at the same time we use the universal plate welding to made hardware realization circuit.1系统原理框图图1系统原理框图一.1秒脉冲发生器：秒脉冲信号发生器需要产生一定精度和幅度的矩形波信号。实现这样矩形波的方法很多，可以由非门和石英振荡器构成，可由单稳态电路构成，

7、可以由施密特触发器构成，也可以由555点哭构成等。不同的电路队矩形波频率的精度要求不同，由此可以选用不同电路结构的脉冲信号发生器。本实验中由于脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度直接影响计数器的精度，因此要求脉冲信号有比较高的精度。一般情况下，要做出一个精度比较高的频率很低的振荡器有一定的难度工程上解决这一问题的办法就是先做一个频率比较高的矩形波震荡器，然后将其输出信号通过计数器进行多级分项，就可以得到频率比较低精度比较高的脉冲信号发生器，其精度取决于振荡器的精度和分级项数。2 . 30秒减法计数器：30秒减法计数器采用 74LS192设计，74LS192是十进制同步加法|减法计数器,采用84

8、21BCD码编码，具有直接清零异步置数功能。74LS192的逻辑功能表如下:CPUCPDLD'CR操作XX00置数110加计数110减计数xXX1清零3.控制电路 按照系统的要求，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） 当启动按键闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP （秒脉冲信号），同时计数器完成置数功能，显示 器显示30秒字样。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， 外部操作开关都应该采取消抖

9、措施，以防止机械抖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，计数器保持状态不变。图2 555与RC组成的多谐振荡器图方案二：由14位二进制申行计数器/分频器和振荡器 CD4060 BCD同步加法计数器CD4518构成的秒信号发生器1/2 CD4518C?r Q4R CF6 ,11100KH11/2 5吗弟CFe WR C?1/2 崩4518CFs Q4E C?1/2 CD451BCFk 44K CF15IDOHrCD4001图3石英晶体振荡器图电路中利用CD4060组成两部分电路。一部分是14级分频器，其最高分频数为16384;另 一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻

10、及电容构成振荡频率为 32768Hz的振荡器。震荡 器输出经14级分频后在输出端Q14上得到1/2秒脉冲并送入由1/2 CD4518构成的二分频 器，分频后在输出断Q1上得到秒基准脉冲。方案选择：本课程设计中对秒脉冲信号的精度要求并不是很高,并且方案二中用 CD4060和分频器构 成的基准秒脉冲发生电路较丁前者要复杂的多， 而且CD4060和CD4518我们平常很少用， 对其功能和引脚信息了解不多，所以，我们选用了方案一，用 555定时器构成电路中的脉 冲信号发生器。控制电路(1)暂停/连续控制电路电路中通过外部操作开关控制脉冲信号的连续与暂停来实现整个电路的连续与暂停功能。通过开关控制高低电

11、平的接入，进而控制秒脉冲是否接入计数器，从而达到暂停和连续的功能。原理图如下所示。8VCC74LS08B11B =-F - a -n =, >em ,、w-1.1"r , r 1:W艾13(0n :建 L S1 理 D:LED1 :单点*1» r r Vs.r irBiwr isrZ'SU3A：:74LSCI9DS目_A.-，叫车，-,c国-! QC-B -11如» "CU!-顷0*3UP - - -'r, " .-IX74LS192DVCVGC 1U4A :幻:倾U5A I ：.:LJ：,Jkft(2)置数/启动控制电路

12、利用单刀双掷开关一端接地一端接电源，控制给计数电路的复位清零引脚接入高低电平inU1 -|JAQ&QD*LOAI> -*B0CLr *co> u?> r>aoA - - E '' “-QkQB如LD*LOAD-*BOCLU . .* CD> UP > &OW in74LS192D174LS192DKey = BvccA:0计数电路在数字系统中使用的最多的时序电路要算是计数器了。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。计数器的种类非常多。如果按计数器中的触发器是否同时翻转分

13、类，可以将计数器分为同步式和异步式两种。在同步计数器中，当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同时发生的。而在异步计数器中，触发器的翻转由先有后，不是同时发生的。在设计中我们选择的是同步加/减计数器74LS192。它是双时钟同步可逆计数器，是 8421BCD码计数，其详细引脚图及功能表如下：Jcc Po I'R TCd TQj PL P2 P3AJ 囱 Ld UJ D_ruf Ld LUPl 口1 部 CfD CPU 町 Q3 GNO图3.3.1 74LS192引脚图表3.3.1 74LS192功能表CRTdCPuCPdD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXXXXO00000XXdcbad

14、cba0111XXXX保持01r1XXXX加计数011tXXXX减计数输入输出表中CR是清零端，LD是置数端，CPu是加计数时钟输入端，CPd是减计数时钟输入端，D3、D2、D1、D0DO都是计数器预置数输入端，Q3、Q2、Q1、Q0都是数据输出端，另外， C0是非同步进位输出端，BO是非同步借位端输出端。译码驱动及显示单元电路BCD码七段译码驱动器型号有 74LS47 （共阳）74LS48 （共阴）、CD4511 （共阴）等，本设计采 用的是74LS48 o其中A-D为BCD码输入端;a-g为译码输出端，输出“ 1”有效，用来驱动LED共阴 数码管；LT'为测试输入端，LT'

15、=0时，译码输出全为“ 1” ； BI '为消隐输入端，BI '=0, 洋码输出端全为“ 0” ； LE为锁定端，LE=1时译码器处丁锁定状态，译码输出端保持在 LE=0时的数值，LE=0为正常译码。74LS48内有上拉电阻，故只需要在输出端与数码管管脚端之间串入限流电阻即可工作。译码器 还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“ 0”，数码管熄灭。74LS48®taaa输入BFRBO输史LT RBI A3 A：Ai Ao世*Yc110 00 0L1 111 11 01x000 L10 L10 00 01x001 0L1 101 10 11 X 0 Q1 11

16、1 L11 0Q 11X010 010 110 01 11X010 111 011 01 11x011 010 011 11 11X011 111 110 00 01x100 011 111 11 11X10O 111 110 01 1ixio1 0L0 001 10 11x101 110 。11 00 11X110 0L0 L00 01 11x110 111 001 01 11X111 010 001 11 11X111 1L0 000 00 0X X X XX X00 000 00 010 0 00 000 000 00 00 X X XX X11 111 11 1A 1 -农i16A2

17、215fLT-5Uf&I/RW-413垣丽一51；tlA3 11一峰侦一710dGND-8g一向74LS48引脚图报警电路设计中要求电路在计数为0时实现光电报警的功能。设计方案中发光二极管实现了这一功 能。电路图如下图。VCC； I ； ：5V - VGG - - 当高位计数器的数值减到0时，向前借位借口 BO 乂高电平变为低电平,有点路可知 这是LED二极管亮，达到光电报警的作用3单元电路的设计时间脉冲产生电路的设计:-LL._LL馨.辱 QC-1 QD-BLB - > UP - > 33IXSM - - », -1.74LSI92D:07A | :VCCMtE

18、5T . .ourbiiTOE1RTUAL0kt 555_COS * 1 a a ,莅罕厂WA :74LSO8SOOD.U5A :I74LS0BDq|Q :百： -I .土俪uF ilOnF Al广生1Hz时间脉冲的电路图由于 R1=600 Q ,R6=100 Q ,C1=10Uf,C2=10nF，因为 T=(R1+2R2)C In 2 ，算得 T= s计数电路的设计30秒篮球计时器，只需要进行单一的递减计算，所以在设计中我选择的是同步加/减计数器74LS192它是双时钟同步可逆计数器，是 8421BCEK计数。设计中通过两片 74LS192的级联来实现一个 30进制的计数器。当低位片从0跳到

19、9时，高位片进位加一，直到实现三十秒的计数功能。再者，因为要求中提到要求电路要实现倒数计时，所以74LS19274LS1927+LS192B74LS192D控制电路的设计MCC74LS192D秒脉冲1415 D/4LSOODIkn因此我们采用99置数来解决这个问题控制电路如上图所示，包括暂停 /连续控制电路和置数/启动控制电路来实现整个装置的暂停计数和继续 计数，重新置数和启动计数的功能。当 B开关置于置数位置时，不管 C置于哪端都不开始计数；当卜进制的计数器，所以当倒计时为0时，计数器会跳到" 74LS192D11i -i铀K -8-LCMiCLR wCO-» »

20、;M I 4 *AJ 理! rmi - r i“L蜘-BfrCLR J-MOi-ii >1IP > D(MM - iL&fadaA 1 -皿四B 1! !B * QC_ Ar i b i4g -cm -，-COr i e i；=-UP ->DMiM - ' r开关置于启动端时，开关 C至于连续端时开始计数，开关 C至于暂停端时计数暂停。译码及驱动显示电路译码电路的功能是将计数器的输出代码进行翻译， 变成相应的数字。用丁驱动LED七 段数码管的译码器常用的有74LS48o 74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门 输出且低电平有效，专用丁驱动LED七段共阳极显示数码管。如图9所示。