篮球竞赛30秒计时器

1江汉大学物理与信息工程学院课程设计报告课题名称：篮球竞赛30秒计时器专业：电子与信息工程班级：B08073011学号：200807301138学生姓名：胡志斌指导教师：叶娅2010年12月31日2目录摘要.............................................................................................................3一、设计目的.............................................................................................4二、设计内容及要求................................................................................4三、原理框图.............................................................................................5四、单元电路设计....................................................................................54.1秒脉冲发生器...............................................................................54.2计数器............................................................................................74.3显示电路部分...............................................................................74.4辅助时序控制电路部分...............................................................74.5报警电路部分...............................................................................8五、芯片功能说明....................................................................................95.174LS192芯片..............................................................................95.2555芯片....................................................................................95.3CC40161..................................................................................11六、整机电路图......................................................................................13七、收获体会...........................................................................................13八、参考文献...........................................................................................153摘要本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30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，同时用了数码管来显示时间。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便的实现断电计时功能，当计数器减到零时，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。此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成：计时模块、控制模块、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。此电路是以时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。关键字:计时器光电报警模块化4一、设计目的1、掌握篮球30秒计时器的设计、组装、调试的方法。2、熟悉相应中大规模集成电路的用法和工作原理。二、设计内容及要求用集成芯片设计一个篮球30秒倒计时的电路，要求具有以下功能：1、显示30秒计时功能；2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停、连续的功能。3、计时器为30S递减计时，计时间隔为1S。4、计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。5三、原理框图30秒计时器的电路框图如图3.1所示，它包括：定时电路，计数电路，显示译码电，光电报警电路和控制电路。其中计时器是系统的核心部分，它主要完成30秒计数功能，由74LS192完成；控制电路用来完成置数、清0、启动、暂停和继续的功能；定时电路用来控制计数的周期，由555集成电路定时器来完成。图3-1四、单元电路设计4.1秒脉冲发生器1、用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟，如图2连接：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61/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。R2又开始充电；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。U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2VCC5VR15.1kΩR24.7kΩC110uFC2100nFVCC1230图2多谐振荡器输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：tpH：uC(0)=VCC/3V、uC(∞)=VCC、t1=(Ra+Rb)C、当t=tpH时，uC(tpH)=2VCC/3代入三要素方程。于是可解出tpH=0.7(Ra+Rb)CtpL：uC(0)=2VCC/3V、uC(∞)=0V、t1=RBC、当t=tpL时，uC(tpL)=VCC/3代入公式。于是可解出tpL=0.7RbC振荡周期T=tpH+tpL=0.7(Ra+2Rb)C=0.1(s)2.用CC40161构成10进制计数器，当周期为0.1秒的脉冲信号由下图CP端进入计数器时，每隔10个脉冲CC40161计数一次，所以从CO输出端输出周期为1秒的脉冲信号，完成秒脉冲的设计。74.2计数器它是由两片74LS192的8421BCD码递减计数器构成。74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的CP+端，端接到下一级的CP-端即可。此计数器预置数为（00110000）8421BCD=（30）10。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，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。4.3显示电路部分直接将两片74LS192的QA、QB、QC、QD接到译码管的A、B、C、D端，即可对数字进行显示。4.4辅助时序控制电路部分此控制电路可以完成以下四项功能：81、操作“清零”开关，要求计数器清零；闭合启动1，减计时器进入计数状态。2、闭合“启动2”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动2”开关，计数器开始进行递减计数。3、当“暂停/连续”开关处于“暂停”是，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“继续”开关，计数器继续累计计数4、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路（发光二极管）工作。5.下图控制部分，与非门T2，T4人作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，当T4输出为1时，T2关闭，封锁CP信号；当G4输出为0时，T2打开放行CP信号，而T4的输出状态又受外部操作开关（启动2，暂停、连续）的控制。6．同时应注意的是如图可以知道两个与非门构成的基本RS触发器，构成去抖动电路，防止产生机械开关的毛刺现象，并控制输入信号的输入从而达到，暂停计时和继续计时。控制电路中SR锁存器功能表：SRQˉQ锁存器状态00不变不变不确定01010101011100保持4.5报警电路部分当芯片1和2输出为低电平时，发光二极管工作，发出光电报警。BO1和BO2分别为两片74LS192的BO输出端.BO1BO29五、芯片功能说明5.174LS192芯片74LS192引脚图74LS192功能表5.2555芯片555定时器的内部电路框图及管脚排列分别如图1和图2所示。10图1555定时器的内部电路框图图2555定时器的管脚排列11555定时器功能表输入输出复位THQVT1状态0××0导通1＜＜1截止1＞＞0导通1＞＜原状态不变下图是555多谐振荡器的工作波形5.3CC4016112CC40161功能表CP-计数脉冲D0~D3-数据输入端-清除端Q0~Q3-输出端-预置端CTP、CTT-使能端13六、整机电路图U574LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U674LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U774LS161NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIVCC5VR14.7kΩR25.1kΩC110nFC210uFVCC1230VCC5VJ1Key=AU8A74HC04D_6VU9A74HC04D_6VU10A74HC04D_6VU11A74HC04D_6VU12A74HC04D_6VU13A74HC00D_6VU14A74HC00D_6VU15A74HC00D_6VU16A74HC00D_6VU17A74HC00D_6VU18A74HC00D_6V0VCC5V2829VCC5VR35.1kΩJ2Key=Space0VCC5VR45.1kΩVCCVCC5VVCC5VLED1VCCU1DCD_HEXU2DCD_HEX45678910110VCC131415161218421921221720VCC0VCC2324R55.1kΩVCC25七、收获体会课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。在两周与小组同学的交流中，我认识到合作的重要性。在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力和团队精神也增强了我其它方面的14能力。在设计中，我充分应用我们所学的知识，例如：集成电路74LS系列、三极管、二极管、整定时器555等元件的应用。这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了我的实际