24秒倒计时设计报告

1、电子线路设计报告题目:篮球比赛24秒倒计时院（系）：机械与电子工程学院班级：09应用电子技术2班学生姓名：_时间：摘要本电路主要有五个模块构成：秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、控制电路和报警电路，主要采用555作为振荡电路，由74LS192、74LS4874LS90和七段共阴LED数码管构成计时电路,具有计时器直控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。当控制电路的置数开关闭合时，在数码管上显示数字24，每当一个秒脉信号输入到计数器时，数码管上的数字就会自动减1,当计时器递减到零时，报警电路发出光电报警与蜂鸣信号。关键词：计数器；24秒倒计；译码显示电路

2、；控制电路；光电报警电路AbstractThecircuithasfivemainmodules:pulsegenerator,counters,displaydecodercircuit,controlcircuitandalarmcircuitismainlyusedasanoscillatorcircuit555bythe74LS192,74LS4874LS90andatotalofSeven-SegmentLEDdigitaltubeYamconstituteatimecircuit,Directcontrolcircuithasatimercountertostartcounting

3、directcontrol,pause/rowcount,thedisplayofdisplaycircuitdecodingfunctions.Whenthecontrolcircuittoopentheclosureofthehomeseveraltime,digitaltubedisplayinfigure24,everytime1secondspulsesignalinputtothecounter,thedigitaltubewillautomaticallyreducethenumberof1,decreasingtozerowhenthetimerandalarmcircuiti

4、ssuedphotoelectricalarmsignalandthebuzz.Keywords:counter;24secondscounter;decodingdisplaycircuit;controlcircuit;alarmcircum录前言11、总体设计要求、思路、基本原理和框图21 .1设计要求21.2设计思路21.3基本原理31.4总体设计框图31.5设计方案41.5.1方案的比较42、单元电路设计与论证、理论分析与计算（各单元电路图）52.1.1 .1主要芯片的用法和功能5555定时器5芯片74LS1926芯片74LS908芯片74LS4892.2单元模块112.2.1信号发

5、生电路112.2.2倒计时电路122.2.3停止控制电路142.2.4警报提示装置143、总设计（总电路图）154、电路仿真、安装、及测试方法与仪器164.1电路仿真164.2电路安装174.3电路的测试方法174.3.1数字电路逻辑电平的测量174.3.2测量电路重要波形174.3.3整机性能测试185、电路改进186、总结198、元件清单19参考文献20、八刖言电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫

6、控制机，还可以用来做为各种药丸、药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会的应用是相当普遍的。在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就违例了。本课程设计“智能篮球比赛倒计时器的设计”，可用丁篮球比赛中，用丁对球员持球时间24秒限制。一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动的报警从而判定此球员的违例。本设计主要能完成：显示24秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接活零、启动和暂停/连续功能；计时器为24秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。整个电路的设计借助丁Multisim、Proteus7Pro

7、fessional仿真软件以及数字电路相关理论知识，并在Multisim、Proteus7Professional下设计和进行仿真，得到了预期的结果。1、总体设计要求、思路、基本原理和框图1.1设计要求1. 24秒计时器具有显示24秒的计时功能。2. 七段数码管显示时间3.系统设置外部操作开关，控制计时器的直接活零、启动、暂停/连续功能4. 设计器为24秒递减时时，其计时间隔为1秒。5. 当计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，应发出光电报警信号。1. 2设计思路本设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛24秒计时器。此计时器功能齐全，可以直接活零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能，同

8、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实用价值。篮球竞赛记时系统的主要功能包括：进攻方24秒倒计时和计时结束警报提示。攻方24秒倒计时，当比赛准备开始时，屏幕上显示24秒字样，当比赛开始后，倒计时从24逐秒倒数到00。这一模块主要是利用双向计数器74LS192来实现；警报提示：当计数器计时到零时，给出提示音。这部分电路主要通过移位寄存器和一些门电路来实现。此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时

9、模块、控制模块、以及译码显示模块。在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示、报警为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。1. 3基本原理24秒计时器的总体参考方案框图如图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（简称控制电路）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活零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。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

10、本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器构成。译码显示电路由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和鸣蜂器代替。主体电路：24秒倒计时。24秒计数芯片的置数端活零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。选取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲在与门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。1.4总体设计框图图1倒计时设计总体框图总体设计说明：倒计时功能主要是利用192计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换，以适

11、合分和秒的不同需要。由丁该系统特殊的需要，到计时器到零时，通过停止控制电路使计数器停止计数并发出蜂鸣警报。1.5设计方案1.5.1方案的比较用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，即输出周期为0.1秒的方波，再将该脉冲信号加到由74LS90经过十分频即构成周期为1秒的方波，接着将该信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端，再通过译码器74LS48把输入的8421BCEK经过内部整和电路“翻译”成七段数码管的(a,b,c,d,e,f,g)输出，然后直接在十分频器的输出上，这样由74LS90后输出的脉冲频率为1Hz,驱动LER显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电

12、路即可实现计数器的直接活零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能，光电报警用发光二极管来代替，灯亮代表报警。r万案一：用555构成的多谐振荡器直接产生频率为1Hz的脉冲，即直接输出周期为的1s方波信号，再将产生的秒脉冲输到计数器74LS192的CP减计数段上，在通过洋码器74LS48把信号“翻译”成七段数码管(a,b,c,d,e,f,g)的输出，显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接活零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能，光电报警用发光二极管来代替，灯亮代表报警。两方案的比较：由丁两个方案的原理基本相同，且实现的功能

13、也相同，但方案二由555直接产生的秒脉冲信号不稳定，且难以在实际的电路中准确的产生秒脉冲，虽然方案一比方案二的线路与元件复杂得多，但产生的方波信号比较稳定且易丁控制与调式，所以经过比较、计算与讨论，我们小组选用方案一。2、单元电路设计与论证、理论分析与计算（各单元电路图）2.1主要芯片的用法和功能2.1.1 555定时器集成时基电路乂称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由丁内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型

14、号最后的三位数码都是555或556;所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556,二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易丁互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压VCC=+5V+15V,输出的最大电流可达200mA,CMOS型的电源电压为+3+18V。555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。R

15、2乂开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。1F/F17比较黑输出RRXVAV一，WA(l)Vcco放电阈值比较器Vref-O放电管下图是NE555的内部功能原理框图和内部管脚图。Kp控制电压图2.3NE555内部功能图D,N,FEPackagesTRIGGER2OLTPUTRESETGNDVCCDISCHARGETHRESHOLDCOMTKOLVOLTAGE图2.4NE555内部管脚图tw1:Uc（°）=Vc>3/、Uc3）=Vcc、t1=（R+RbC当t=twi时，把Uc（twn=2VcC3代入三要素方程。丁是

16、可解出：twi=0.7RaRbtw2:uC（。）=&%、Uc（8）=0V、t1=RBC当t=tw2时，Uc（tw2）=Vc7代入公式，丁是可解出：tw2=0.7rC振荡周期T=tw1+tw2=0.7（Ra+2RbC=0.1（sT根据方案一为了产生周期为0.1秒的脉冲，可以使Ra=51k"、Rb=47k”、C1=1.0F、C2=10nF之后经过74LS90用异步活零法十分频，使得74LS90输出的脉冲周期为1s.2.1.2 芯片74LS19274LS192是一块同步8421BC则加/减计数器，具有直接活零、置数、加锁计数功能。计数器选用汇总规模集成电路74LS192进行设计比较

17、简便。74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器，CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端，LD为预置输入控制端，异步预置，CR为复位输入端，高电平有效，异步活除，。力进位输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。如图为74LS192的引脚图:胡1514|技|质|111io|9VddDoCRBOCOLDDsDaJCC4O192(74LS192)DlQiQoCPrCPu鬼Vss'I外3|45|6|7可74LS192功能表:CPuCPdLDCR操作XXX1清零XX00置数110加计数110减计数1110保持当活除端CR为高电平“1”时，计数器直接

18、活零；CR置低电平则执行其它功能。当CR为低电平，置数端LD也为低电平时，数据直接从置数端DDD1、D2、D3置入计数器。当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端CPD接高电平，计数脉冲由CPU输入；在计数脉冲上升沿进行8421码十进制加法计数。执行减计数时，加计数端CP皈高电平，计数脉冲由减计数端CPD输入.此实验我们用到计数器由两片74LS192同步十进制可逆计数器构成。利用减计数RD=0,LD=0,CPD=1,实现计数器按8421码递减进行减计数。利用借位输出端BO与下一级的CPD连接，实现计数器之间的级联。利用预置数LD端实现异步置数。当RD=0,且LD=0

19、时，不管CPU和CPD时钟输入端的状态如何，将使计数器的输出等丁并行输入数据，即Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0O2.1.3 芯片74LS9074LS90计数器是一种中规模二一五进制计数器，管脚引线如图如图所示，功能表如表所小。7490功能表:复位输入输出RRSiS2CDQQbQaHHLLLLLXLLLLHHXLHLLHXX计HH数XL计XL数LX计LX数LX计XL数XLLXA.将输出QA与输入B相接，构成8421BCD码计数器；B.将输出QD与输入A相接，构成5421BCD码计数器；C.表中H为高电平'、L为低电平、X为不定状态。74LS90逻辑电路图如图3.6-1所示，它由四个主

20、从JK触发器和一些附加门电路组成，整个电路可分两部分,其中FA触发器构成一位二进制计数器；FD、FC、FB构成异步五进制计数器，在74LS90计数器电路中，设有专用置“邱R1、R2和置位（置“9”端S1、S2。74LS90具有如下的五种基本工作方式:(1) 五分频：即由FD、FC、和FB组成的异步五进制计数器工作方式。(2) 十分频(8421码)：将QA与CK2联接，可构成8421码十分频电路。(3) 六分频：在十分频(8421码)的基础上，将QB端接R1,QC端接R(4) 2。其计数顺序为000101,当第六个脉冲作用后，出现状态QCQBQA=110,利用QBQC=11反馈到R1和R2的方式

21、使电路置“0：'九分频：QA>R1、QAR2,构成原理同六分频。(5) 十分频(5421码)：将五进制计数器的输出端QD接二进制计数器的脉冲输入端CK1，即可构成5421码十分频工作方式。此外，据功能表可知，构成上述五种工作方式时，S1、S2端最少应有一端接地；构成五分频和十分频时，R1、R2端亦必须有一端接地。芯片74LS4874LS48输入信号为BC况，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线。LT端为测试端。在端接高电平的条件下，当LT=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，此功能用丁测试器件。端为灭零输入端

22、。在丽=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。RBOSS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。当该位输入的A、8CD=0000时，此时输出低电平；若该位输入的A、8C、D不等丁零，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。74ls48功能表如下:功能或数字输入输出显小字形LTAAA1AabcdefgRBIBI/RBO灭灯X

23、XXXXX00000000灭灯试灯0XXXXX111111118动态灭灯10000000000000灭灯011000011111110011X000110110000121X001011101101231X001111111001341X010010110011451X010111011011561X011010011111671X011111110000781X100011111111891X1001111110119101X101010001101无效输出111X101110011001121X110010100011131X110111001011141X111110001111151X

24、1111100000002.2单元模块2.2.1信号发生电路秒脉冲的广生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。由前面计算可得Ra=51四、Rb=47kQ、C1=1.0HF、C2=10nF电路图如下图所示。当开关断开时，555定时器产生周期为0.1s的脉冲，经过74LS90+分频后，变为周期为1s的脉冲；当开关闭合时，电路不能输出信号，丁是没有脉冲输入74LS90中，故74LS90在保持状态，即实现暂停功能。ABCDraQQQQ-74LS90D-=r-vcc-PUTRSTDIS-thu»-GWDCONRa51kQRb47kQGt.y平1uF：f:：10nF二信号发生电路2.2.2倒计

25、时电路24秒倒计时电路。这部分电路的主体部分在时钟脉冲的输入情况下工作，下面进行具体分析。计数器的倒计时功能。用两片74LS192分别做个位（低位）和十位（高位）的倒计时计数器，由丁本系统只需要从开始时的“24”倒计到“00”然后停止,所以，这里的高位不需要做成六十进制的计数器。因为预置的数不是“00”，所以我选用置数端LOACm进行预置数。时钟脉冲分别通过两个与门才再输进个位（低位）的down端,当停止控制电路送来停止信号时，截断时钟脉冲，从而实现电路的停止功能。低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。两片计数器具体接法。Vcc、UP接+5V电源，GN或地；时钟脉冲从与门输出后接到低位的dow

26、n,然后从低位BO接到高位的down输入端低位C、高位B接电源，其他引脚和CLR都接地。LOA或到开关C的活动端，C的另外两引脚分别接G的活动端和地。而G的另外两个引脚分别接到电源和地。如图所示：V(2.2.3停止控制电路倒数计数器到零时，需要将电路转换到“00”并且停住。现在选取计数器到零的状态24秒计到“00”，从各引脚引出线接到二脚与非门，当计数器从“00”状态转换到“00”时，用与非门把该状态转换成低电平（其余时间为高电平）控制LD。使电路转换到“00”。由丁数字24是在很短的时间才能看到，用肉眼是看不到的，丁是能实现“00”的转换。再通过与非门所组成的触发器的输出端输出低电平，使74

27、LS192处丁保持状态。这样就实现了转换并停止的电路。号与72.2.4警报提示装置警报提示就是完成任一计时器计时结束时，系统给出连续的提示音。当电路由“24”到“00”时，下面一个与非门输出低电平，而鸣蜂器的和LED1的正极已经接了高电平，故这时由丁两端存在电压差，所以鸣蜂器（用二极管代替）和LED1均能正常工作。从而发出报警信号，电路如下：3. 总设计(总电路图)丽L$1电路总原理图由555定时器输出0.1秒脉冲经过74LS90进行十分频输入到计数器L4的CD端，作为减计数脉冲。当计数器计数计到0时，L的(13)脚输出借位脉冲使十位计数器L开始计数。当计数器计数到“00”时应使计数器复位并置

28、数“24”。本电路利用从“00”到“24”时，通过与非门与4或门反馈到74LS90的异步活零端，使电路置数到“00”并且保持该状态。由丁“24”是一个过渡时期，不会显示出来，所以本电路采用“24”作为计数器复位脉冲。当计数器由“00”跳变到“24”时，利用个位和十位的“00”通过与非门去触发Rs触发器使电路翻转，从而输出低电平使计数器置数，并保持为“00”，同时LED发光二极管亮，蜂鸣器发出报警声，即声光报警。按下J1时，Rs触发器翻转11脚输出高电平,计数器开始计数。若需要暂停时，按下J4,振荡器停止振荡，使计数器保持不变，按下J2后，计数器复位。(1) J2:手动复位按钮。当按下J1时，不

29、管计数器工作丁什么状态，计数器立即复位到预置数值，即“24”。当松开K2时，计数器从24开始计数。(2) J4:暂停按钮。当“暂停/连续”开关处丁“暂停”时，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处丁“连续”开关，计数器继续累计计数。(3) J1:启动按钮。J1处丁断开位置时，当计数器递减计数到零时，控制电路发出声、光报警信号，计数器保持"24"状态不变，处丁等待状态。当J3闭合时，计数器开始计数。4、电路仿真、安装、及测试方法与仪器4.1电路仿真电路采用Multisim10及Proteus7Professional软件进行仿真，仿真前须明白：在仿真软件上能仿真出结果的设

30、计电路并不代表在实际电路中能得到同样的结果；仿真不出结果的电路也并不代表在实际电路中得不出结果。仿真只是给我们提供一个环境去验证一下自己的设计电路。仿真的基本步骤：1. 用虚拟器件在工作区建立电路；2. 选定元件的模式、参数值及标号；3. 选择分析功能和参数；4. 激活电路进行仿真。仿真前仔细检查电路是否连接好了，芯片的管脚是否接错。确认后即可仿真。4.2电路安装安装电路时需注意一下几点：1）一般以电路板的左端为输入、右端为输出。此时按照输入级、中间级、输出级的顺序进行电路布局及安装；2）同一块同类元器件应采用同一安装方式，即距离实验板表面的高度应该大体一致。如果采用立体安装方式，元器件型号或

31、标应朝同一方向,而卧式安装的元器件型号或标称值应同朝上方，集成电路的定位标志方向应一致。3）元器件的引线一般不宜剪的过短，以便重复利用。实践证明，虽然元器件完好，但往往由丁布线不好，造成电路工作失常。这种故障不像脱焊、断线、接触不良、器件损坏那样明显，多以寄生干扰形式表现出来，彳艮难排除。4.3电路的测试方法4.3.1数字电路逻辑电平的测量一般情况下，数字电路只有两种电平，经TTL与非电路为例，0。8V下为低电平1o8以上为局电平*。电压在0.81.8V电路，状态是不稳定的，所以该电压范围是不允许的。不同数字电路高低电平界限都有所不同，但相关不远。测试方法：在测量数字电路的逻辑电平时，先在输入端加入高电平或仰电平，然后再测量各输出端的电压是高电平还是低电平，并做好记录。测量完毕后分析其状态电平，判断是否符合该数字电路的逻辑关系。若不符合，则要对电路引线作一次详细检查，或者更换该集成电路。仪器：直流稳压电源，万能表。4.3.2测量电路重要波形无论是在测试还是在排除故障的过程中，波形的测试与调整都是一个相当重要的技术。各种整机电路都可能有波形产生或波形处理变换的电路。为了判断电路各种过程是否正常，是否符合技术要求，常需要观测各被测电路的输入、输出波形，并加以分析。对不符合技术要求的，则要通过调整电路元器件的参数，使之