篮球竞赛24秒计时器数电课程设计

1、WORD格式?数字电子技术?课程设计说明书课题名称：篮球竞赛24 秒计时器设计专业：电气工程及其自动化班级：电气 1202 班指导教师：胡新晚XX：曾瑞琪专业资料整理WORD格式计数器概述篮球竞赛 24 秒计时器功能随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥这越来越重要的作用，运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活中不可缺少的一局部， 特别是在各种竞技运动中，定时器成为检验运发动成绩的一个重要工具。 在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过 24 秒，否那么就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛 24 秒计时器 可用于篮球比赛中， 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

2、 24 秒，它就自动报警从而判定此球员的犯规。本设计只要完成：显示 24 秒倒计时功能：系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动、暂停、连续功能；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时，数码管显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。设计任务及要求根本要求1显示 24 秒计时功能。2设置外部操作开关控制计时器直接清零、启动、暂停/连续功能。3计时器为 24 秒递减计时器，其计时间隔为1 秒。4 递减计时到零时，显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。设计任务及目标1根据原理图分析各单元电路的功能；2熟悉电路中所用到的各集成块的管

3、脚及其功能；专业资料整理WORD格式2专业资料整理WORD格式3进展电路的装接、调试、直到电路能到达规定的设计要求；4写出完整、详细的课程设计报告主要参考器件555 晶体定时器74 LS00 74LS48 译码器74LS192 十进制可编程同步加锁计数器专业资料整理WORD格式3专业资料整理WORD格式电路设计原理与单元模块设计原理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、 报警电路和辅助时序控制电路等五个模块组成。 其中计数器和控制电路是系统的主要模块。 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、暂停 /连续

4、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 2-1 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，故电路可采用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 74LS48(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。专业资料整理WORD格式4专业资料整理WORD格式设计方案在本设计中，首先设计好24 进制计数器，因为它作为本设计的核心局部，是设计的最主要的一局部。在此次设计中，我们选择74LS192进展 24 进制同步减法计数。同时选择74LS48

5、作为 BCD码译码器来对 7 段数码显示管进展译码驱动，选择两个七段数码显示管进展显示。根据设计要求，本课程设计采用555计时器制成的多谐振荡器， 来进展秒脉冲的输入。 在本设计中， 因为我们需要对其进展暂停、 清零、报警等控制， 所以我们使用了三个开关来控制计数器的各功能的实现，从而实现了各种功能的实现。各单元电路的设计24 进制计数器的设计根据设计要求， 本设计需要实现24 进制递减功能， 所以本设计采用十进制同步减法计数，因此使用74LS192 来实现计数功能。十进制可逆计数器74LS192引脚排列及逻辑符号如图2.3.1 a、 b所示，它具有双时钟输入，并具有去除和置数等功能。 a引脚

6、排列(b)逻辑符号图 2.3.1 74LS192 的引脚排列及逻辑符号专业资料整理WORD格式5专业资料整理WORD格式图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端， P0、P1、P2、P3 为计数器输入端，为去除端， Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下列图2.3.2 所示：输入输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0××××××00001 ×0××dcbadcba011××××加计数011××&#

7、215;×减计数0图 2.3.2 74LS192 的功能表在本次设计中，因为我们要实现24 进制计数功能，所以我们首先应该对计数器进展置数，由于 2410=001001008421BCD所以要先对 741192 两芯片进行置数，令第一块集成块的置数端Q3Q2Q1Q0=0010，令第二块的为Q3Q2Q1Q0=0100。把第二块芯片的借位端与第一块芯片的脉冲输入端相连，从而进展实现借位功能。专业资料整理WORD格式6专业资料整理WORD格式数码显示译码器的设计在本设计中，根据设计的要求，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

8、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。 74LS48的引脚图和功能表分别如图 2.3.3 和表 2.3.1 所示。图 2.3.3<74ls48 引脚图 >表 2.3.1 74LS48 的功能表输入输出字数字LTRBIDCBABI/RBOabcdefg形011000011111110011X000111100000121X001011101101231X001111111001341X01001011001 1451X010111011011561X011011011111671X011111110000781X1000

9、11111111891X1001111110119消隐XXXXXX00000000脉冲消隐100000000000008灯测试0XXXXX11111111专业资料整理WORD格式7专业资料整理WORD格式七短数码显示管的引脚图如图 2.3.4 所示，其中 3 脚和 8 脚相连为公共端， 在电路中接地， 6 脚为小数点引脚，设计中不需要对其处理。图 2.3.4 七短数码显示管的引脚图秒脉冲的设计根据设计要求， 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，外形为双列直插 8 脚构

10、造，体积很小，使用起来方便。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、测量与控制、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。专业资料整理WORD格式8专业资料整理WORD格式图 2.3.5 (a)双极性型 5G555 的主要性能参数(b) CMOS 型 7555 的主要性能参数专业资料整理WORD格式参数名称符号电源电压V CC电源电流I CC阈值电压V TH触发电压V TR输出低电平V OL输出高电平V OH最大输出电流IOMAX最高振荡频率fMAX时间误差 t V TH即 V i1

11、,VTR即Vi2。单位参数V516mA10V 23VCCV 1 VCC3V1V 13.3mA 200KHz 300nS5参数名称符号单位参数电源电压V CCV318电源电流I CC A60阈值电压V THV23VDD触发电压V TRV13 VDD输出低电平VV0.1输出高电平VV14.8最大输出电流IOMAXmA200最高振荡频率fMAXKHz500时间误差tnS专业资料整理WORD格式集成 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后三位数都是 555， CMOS 型产品型号的最后四位数都是 7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全一样。 器件电源电压推荐为

12、 4512V ，最大输出电流200mA 以内，并能与 TTL 、CMOS 逻辑电平相兼容。其主要参数见图2.3.5555 定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图2.3.6 和内部结.VCCRd.84R 5KCdCR7V3DisVcoQVo555QRC12G1G3TRD5Vi16THNVco(TH)GR 5K1Vi2G2(a)555的逻辑符号(TR)C2QDisSR1VCCDisTH VcoVo'8765R 5KT5551234.GND TRVo Rd(b) 555 的引脚排列图 2.2.7 555 定时器内部构造图2.2.6555 定时器逻构如图 2.3.7 所示。引脚功能：

13、Vi1TH ：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH 。专业资料整理WORD格式9专业资料整理WORD格式Vi2TR：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR 。VCO ：控制电压端。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一样的电阻1R 组成的分压网络，产生3 VCC2G1、G2 组成和3 VCC 两个基准电压；两个电压比拟器 C1、C2；一个由与非门的根本 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 , 根本 RS 触发器的Q端为 1高电平，经反相缓冲器后，输出为 0低电平。分析图 2.2

14、.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，那么比拟器23 VCC，比拟器C2反相输入C1 的同相输入端接参考电压1端接参考电压3 VCC ，为了学习方便，我们规定：当 TH 端的电压 >223 VCC 时，写为 VTH=1 ，当 TH 端的电压 <3 VCC 时，写为 VTH=0 。11VCC 时，写为当TR端的电压 >3 VCC 时，写为 VTR=1 ，当TR端的电压 < 3VTR=0 。12低触发：当输入电压 Vi2< 3 VCC 且 Vi1<3 VCC 时， VTR=0 ，VTH=0 ，比较器 C2 输出为低电

15、平， C1 输出为高电平， 根本 RS 触发器的输入端S、R，=0=1使 Q1，Q 0，经输出反相缓冲器后， VO 1，T 截止。这时称 555 定时器“低触发；123 VCC ，那么 VTR=1 ，VTH=0 ，S = R =1，根本保持：假设 Vi2> 3 VCC且 Vi1<RS 触发器保持， VO 和 T 状态不变，表 2.2.2 555 定时器控制功能表这时称 555 定时器“保持。输入输出2VCC，那么R d高触 发： 假设 Vi1> 3THTRV ODisVTH=1 ，比拟器 C1 输出为低电平，无论 C2 输出何种电平，根本 RS 触××LL

16、导通<2V CC<1VCCHH截止331021<V CC>VCCH不变不变33>2V CC×HL导通3专业资料整理WORD格式发器因R =0，使Q1，经输出反相缓冲器后，VO 0；T 导通。这时称555 定时器“高触发。VCO 为控制电压端，在VCO 端参加电压，可改变两比拟器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。 555 定时器的控制功能说明见表 2.2.2根据 555 定时器的控制功能，可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路，例如 ,史密

17、特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。在此次设计中，采用多谐振荡器来设计。2自激多谐振荡器图 2.3.8 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。电路采用电阻、电容组成 RC 定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节 RW 或电容 C，可得到不同的时间常数；还可产生周期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 2.3.8分析方法与单稳态电路相似， 但电容器 C 的充电电阻是 R1 +R2 ，放电电阻是 R2 。当 VC 是低电平时， 55

18、5 定时器低触发， VO 为高电平，放电管 T 截止，2电容器经 R1 +R2充电，当充电至VC=VTH>3 VCC时，电路高触发，输出专业资料整理WORD格式11专业资料整理WORD格式1VO 变为低电平，放电管 T 导通，电容器经 R2 放电，当放电至 VC=VTR<3 VCC时，电路又进入低触发，VO 变为高电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。各控制开关的设计启动、暂停、清零功能的设计在本次设计中，由于设计的要求，要实现计数器的暂停、复位和启动控制，所以需要设计三个开关来控制电路， 对于启动和清零开关而言， 我们只需设计一个以电平的上下来控制的按键开关即可， 把开

19、关一端接地， 另一端通过一电阻接电源，其中启动开关和 74192 的 11 脚相连，而清零开关与 74192 的 14 脚相连即可。在这里，主要介绍暂停开关的设计，因为实际使用时开关会有抖动现象，所以我用根本 RS 触发器来设计暂停开关相连，用来消除抖动。根本RS 触发器如图 2.3.9 为由两个与非门穿插耦合构成的根本RS 触发器，它是无时钟控制低电平直接触发的触发器。根本RS 触发器具有置“ 0、置“ 1和保持三种功能。通常称S为置“1端，因为S =0 时触发器被置“ 1；R为置“0端，因为R =0 时触发器被置“ 0。当S = R =1 时状态保持，当S = R =0 时为不定状态，应当

20、防止这种状态。图 2.3.9二与非门组成的根本RS 触发器 a逻辑图(b) 逻辑符号根本 RS 触发器的逻辑符号见图2.3.9 (b)，二输入端的边框外侧都画有小圆圈，这是因为置 1 与置 0 都是低电平有效。输入74192 的时钟脉冲由下列图2.3.10所示电路输出接到74LS192 的 CPD 脚。还有一端输入由借位信号输入。专业资料整理WORD格式12专业资料整理WORD格式图 2.3.10由于元器件限制，本设计中所使用的2 进 1 出和 3 进 1 出的与非门均由集成芯片代替，其中 2 进 1 出芯片为 74LS00，3 进 1 出为 74LS10，由于芯片很简单，所以没有过多介绍。以

21、下列图2.3.11为两芯片的引脚图。图 2.3.11专业资料整理WORD格式13专业资料整理WORD格式总电路设计仿真图各控制开关的使用功能电路图如上图所示，根据设计要求，要到达清零、暂停、复位和报警功能，所以在此设计中，使用了三个开关来实现各功能。电路通过开关S1 来控制电路的启动和复位功能，它通过接上下电平输入74192 的预置端 11 脚来控制计数器的启动和复位。开关S2 控制计数器的清零功能，它通过输入上下电平的输入74192 的 14 脚 CR 去除端来实现清零功能。而S3 那么通过加上下电平来实现根本RS 触发器，从而控制计数器的暂停和连续功能。专业资料整理WORD格式14专业资料整理WORD格式结论本设计主要通过模块化思想，逐步实现设计所需