篮球24s计时器课程设计.doc

1、本文格式为word版，下载可任意编辑篮球24s计时器课程设计.doc 数字电路课程设计报告 课程设计名称 篮球竞赛 s 24s 计时器设计 指 指 导 老 师 xxxxxx 学 学 院 水电学院 专 专 业 班 级 xxxxxxxxxxx1 班 姓 姓 名 xxxx 学 学 号 xxxxxx 联 系 电 话 xxxxxxx 日期 2021-12-29 河北工程高校 数字电路课程设计 11/10/2021 2 摘 要 数字电子技术主要讨论各种规律门电路、集成器件的功能及其应用,规律门电路组合和时序电路的分析和设计、集成芯片各脚功能.555 定时器等. 随着计算机科学与技术突飞猛进地进展，用数字电

2、路进行信号处理的优势也更加突出。 数字电子技术课程设计是数字电子技术学习中特别重要的一个环节，是将理论学问和实践力量相统一的一个环节，是真正熬炼同学力量的一个环节。 本课程设计是脉冲数字电路的简洁应有，设计了篮球竞赛 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，可以便利的实现断点计时功能，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，实现了在很多特定场合进行时间追踪的功能，在.生活中也具有广泛的应用价值。 此计时器的设计采纳模块化结构，主要有以下 3 个部分组成，即计

3、时模块、掌握模块、以及译码显示模块。在设计计时器时，采纳模块化设计思想，使设计起来更加简洁、便利、快捷。此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和帮助电路两个部分。 在本课程设计任务书中对篮球竞赛 24 秒计时器的功能以及它的原理做了介绍。 关键字 ：24 秒计时器 七段数码管 译码显示电路 掌握电路 报警电路 一 计数器概述 1.1 篮球竞赛 24 秒计时器功能 数字电子技术在.生活中发挥着越来越重要的作用，在生活中有着各种各样的应用。因此课程设计是数字电子技术学习中特别重要的一个环节，它将同学的理论学问和实践力量统一起来，为以后的工作做好预备

4、。 在篮球竞赛中，规定了球员的持球时间不能超过 24 秒，否则就犯规了。本课程设计的"篮球竞赛 24 秒计时器'可用于篮球竞赛中，用于对球员持球时间 24 秒限制。一旦球员的持球时间超过了 24 秒，它就自动报警从而判定此球员的犯规。 本课程设计是脉冲数字电路的简洁应用，设计了篮球竞赛 24 秒计时器。此计时器功能齐全，有显示 24 秒倒计时的功能，同时系统设置外部操作开关，掌握计时器的直 河北工程高校 数字电路课程设计 11/10/2021 3 接清零、启动、暂停、连续功能。而在直接清零时，数码管显示器灭灯，计时器为 24秒递减计时其计时间间隔为 1 秒，计时器递减计时到零

5、时，数码管显示器不灭灯，同时发出光电报警信号。 1.2 设计任务及要求 1.2.1 基本要求 （1）显示 24 秒计时功能。 （2）设置外部操作开关掌握计时器直接清零、启动、暂停/连续功能。 （3）在直接清零时，要求数码显示器灭灯。 （4）计时器为 24 秒递减计时器，其计时间隔为 1 秒。 （5）递减计时到零时，显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。 （6）秒脉冲由 555 多谐振荡器给出。 1.2.2 设计任务及目标 （1）依据原理图分析各单元电路的功能； （2）熟识电路中所用到的各集成块的管脚及其功能； （3）进行电路的装接、调试、直到电路能达到规定的设计要求； （4）写出完整、具体的课

6、程设计报告 1.2.3 主要参考器件 555 晶体定时器 74 ls74 双 d 触发器 74ls47 译码器 74192 双时钟十进制计数器 二 电路设计原理与单元模块 2.1 设计原理 24 秒计时器的总体参考方案框图如图 2.1 所示。它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和帮助时序掌握电路等五个模块组成。其中计数器和掌握电路 河北工程高校 数字电路课程设计 11/10/2021 4 是系统的主要模块。计数器完成 24 秒计时功能.而掌握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、定时时间到启动报警等功能。 图 图 4 2.1 24 秒计时器

7、系统设计框图 秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但是设计对此信号要求并不太高，故电路可采纳 555 集成电路或由 ttl 与非门组成的多谐振荡其构成。 译码显示电路由 74ls47(译码器)和共阴极七段 led 显示器组成。报警电路在试验中可用发光二极管与蜂鸣器代替。 2.2 设计方案 分析设计任务，计数器和掌握电路是系统的主要部分。计数器完成 24s 计时功能，而掌握电路具有直接掌握计数器的启动计数、暂停连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。为了满意系统的设计要求，在设计掌握电路时，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，数码显示器灭灯。 当

8、启动开关闭合时，掌握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"24'字样；当启动开关断开时，计数器开头计数；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，计数器连续递减计数。 2.3 各单元电路的设计 2.3.1 24 进制计数器的设计 冲 秒脉冲 器 发生器 减 递减 器 计数器 码 译码 示 显示 制 掌握 路 电路 警 报警 路 电路 启动 码 译码 示 显示 减 递减 器 计数器 暂停/连续 清除 到 定时到 河北工程高校 数字电路课程设计 11/10/2021 5 本设计中计数器是由两片 74192

9、 的 8421bcd 码递减计数器构成。如图 2.2 所示。 图 2.2 74192 双时钟十进制计数器 74192 是十进制同步加/减法计数器，采纳 8421bcd 码编码，具有直接清零、异步制数的功能，且有进位co和借位bo输出端。当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的co端接到下一级的 cp+端，bo端接到下一级的 cp-端即可。详见下页的功能表。 表 2.3 74192 的功能表 输 入 输 出 r ld cp+ cp- d0 d1 d2 d3 q0 q1 q2 q3 1 x x x x x x x 0 0 x x i0 i1 i2 i3 0 1 1 x x x x 0 1 1 1 x

10、 x x x 0 1 1 1 x x x x 0 0 0 0 i0 i1 i2 i3 加计数 减计数 保持 河北工程高校 数字电路课程设计 11/10/2021 6 由功能表可以看出，当 ld =1，cr=0，cpd=1 时，假如时钟脉冲加到 cpu 端，则计数器在预置数的基础上进行加法计数，当计数到 9（1001）时，co端输出进位下降沿跳变脉冲；当 ld =1，cr=0，cpd=1 时，假如有时钟脉冲加到 cpd 端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数器。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

11、，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。 2.3.2 数码显示译码器的设计 在本设计中，依据设计的要求，我使用 74ls48 译码器来驱动共阴极数码显示管， 74ls48 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中，下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。74ls47 的引脚图和功能表分别如图 2.4 和表 2.5 所示。 图 2.4 74ls47 引脚图 河北工程高校 数字电路课程设计 11/10/2021 7 输 入 输 出 字 形 数字 a3 a2 a1 a0 bi/rbo a b c d e f g 0 1

12、2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x x x x x x x x x 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1

13、2 3 4 5 6 7 8 9 消隐 脉冲消隐 灯测试 x 1 0 x 0 x x x x x 0 0 0 0 x x x x 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 表 2.5 74ls47 的功能表 七段译码显示原理图如图 2.6(a)所示，图 2.6(b)给出了七段显示笔画与 015 共16 个数字的对应关系 图 2.6 七段数码显示管的引脚图 河北工程高校 数字电路课程设计 11/10/2021 8 2.3.3 秒脉冲的设计 依据设计要求，本电路需要产生间隔为一秒的时间脉冲，完成正确的计数功能。所以选择 555 定时器来设计此

14、模块。从而产生标准的秒脉冲。 1器件特性 555 定时器是一种中规模集成电路，形状为双列直插 8 脚结构，体积很小，使用起来便利。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与掌握、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。 集成 555 定时器有双极性型和 cmos 型两种产品。一般双极性型产品型号的最终三位数都是 555，cmos 型产品型号的最终四位数都是 7555.它们的规律功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推举为 4512v，最大输出电流 200ma 以内，并能与 tt

15、l、cmos 规律电平相兼容。 引脚功能： vi1（th）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为 th。 vi2（ tr ）：低电平触发端，简称低触发端，标志为 tr 。 vco：掌握电压端。 vo：输出端。 dis：放电端。 rd ：复位端。 555 定时器内含一个由三个阻值相同的电阻 r 组成的分压网络，产生31vcc 和32vcc两个基准电压；两个电压比较器 c1、c2；一个由与非门 g1、g2 组成的基本 rs 触发器（低电平触发）；放电三极管 t 和输出反相缓冲器 g3。 rd 是复位端，低电平有效。复位后, 基本 rs 触发器的 q 端为 1（高电平），经反相缓冲器后，输

16、出为 0（低电平）。 分析图 2.2.3.1 的电路：在 555 定时器的 vcc 端和地之间加上电压，并让 vco 悬空，则比较器 c1 的同相输入端接参考电压32vcc，比较器 c2 反相输入端接参考电压31vcc ，为了学习便利，我们规定： 当 th 端的电压32vcc 时，写为 vth=1，当 th 端的电压32vcc 时，写为 vth=0。 河北工程高校 数字电路课程设计 11/10/2021 9 当 tr 端的电压31vcc 时，写为 vtr=1，当 tr 端的电压31vcc 时，写为 vtr=0。 低触发：当输入电压 vi231vcc 且 vi132vcc 时，vtr=0，vth

17、=0，比较器 c2 输出为低电平，c1 输出为高电平，基本 rs 触发器的输入端 s =0、 r =1，使 q1， q 0，经输出反相缓冲器后，vo1，t 截止。这时称 555 定时器"低触发'； 保持：若 vi231vcc 且 vi132vcc，则 vtr=1，vth=0， s = r =1，基本 rs 触发器保持，vo 和 t 状态不变，这时称 555 定时器"保持'。 高触发：若 vi132vcc，则 vth=1，比较器 c1 输出为低电平，无论 c2 输出何种电平，基本 rs 触发器因 r =0，使 q 1，经输出反相缓冲器后，vo0；t 导通。这时

18、称555 定时器"高触发'。 vco 为掌握电压端，在 vco 端加入电压，可转变两比较器 c1、c2 的参考电压。正常工作时，要在 vco 和地之间接 001f（电容量标记为 103）电容。放电管 tl 的输出端 dis 为集电极开路输出。依据 555 定时器的掌握功能，可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路。此次设计中，采纳多谐振荡器来设计。 2自激多谐振荡器 图 2.7 所示为自激多谐振荡器电路和波形图。自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号。电路采纳电阻、电容组成 rc 定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调整 rw 或电容 c，可得到不同的时间常数；还可产生周期

19、和脉宽可变的方波输出。 脉冲宽度计算公式：tw1=0.7 (r1 +r2) c tw2=0.7r2 c 振荡周期计算公式：t=0.7 (r1 +2r2) c1s 图 2.7 自激多谐振荡器电路和波形图 河北工程高校 数字电路课程设计 11/10/2021 10 分析方法与单稳态电路相像，但电容器c的充电电阻是r1 +r2 ，放电电阻是r2 。当vc是低电平常，555定时器低触发，vo为高电平，放电管t截止，电容器经（r1 +r2）充电，当充电至vc=vth32vcc时，电路高触发，输出vo变为低电平，放电管t导通，电容器经r2放电，当放电至vc=vtr31vcc时，电路又进入低触发，vo变为高

20、电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。 2.3.4 时序掌握电路 完成计数器的复位、启动计数、暂停/ 连续计数、声光报警等功能。掌握电路由ic5 组成。ic5b 受计数器的掌握。ic5c、ic5d 组成rs 触发器, 实现计数器的复位、计数和保持"24'、以及声、光报警的功能。操作"清零'开关时，计数器清零。闭合"启动'开关时，计数器完成置数，显示器显示24断开"启动'开关，计数器开头进行递计数。电路图中，当开关s1合上时， =0，74ls192进行置数；当s1断开时， =1，74ls192处于计数工作状态。开关

21、s2是时钟脉冲信号cp的掌握电路。当定时时间未到时，74ls192的借位输出信号 2=1，则cp信号受"暂停/连续'开关s2的掌握，当s2处于"暂停'位置时，门g3输出为0，门g2关闭，封锁cp 信号，计数器暂停计数；当s2处于连续位置时，门g3输出1，门g2打开，放行cp信号，计数器在cp作用下，连续累计计数。当定时时间到时， 2=0，门g2关闭，封锁cp信号，计数器保持零状态不变。 (1) k1: 启动按钮。k1 按下后处于断开位置时, 计数器从"24'递减计数到"00'同时掌握电路发出声、光报警信号, 计数器保持&q

22、uot;00'状态不变, 处于等待状态。当k1 再次闭合时, 计数器开头计数。 (2) k2: 手动复位按钮。当按下k2 时, 不管计数器工作于什么状态, 计数器马上复位到预置数值, 即"00'。 (3) k3：消隐按钮。按下k3时计数器断电并消退全部计数。 (4) k4: 暂停按钮。当"暂停/ 连续'开关处于"暂停'时, 计数器暂停计数, 显示器保持不变, 当此开关处于"连续'开关, 计数器连续累计计数。掌握电路开关如图所示： 河北工程高校 数字电路课程设计 11/10/2021 11 图 2.8 掌握电路开关图 三 数字电路的仿真与调试 3.1 protues 仿真 首先在 protues 中选好元器件，然后连好线，检查线路是否存在错误，如无，则进入了调试的正式阶段，启动调试，观看系统运行的状况是否良好，然后观看现系统的效