电子线路课程设计—篮球竞赛30秒计时器汇总

目录1设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍.........................11.1设计课题任务...............................................11.2功能要求说明...............................................11.3总体方案介绍...............................................12单元电路的设计...................................................22.1秒脉冲发生器...............................................22.2计数器.....................................................42.3译码显示...................................................42.4控制电路...................................................52.5报警电路...................................................52.6电路原理图和PCB图.........................................53芯片引脚及功能说明...............................................63.1555定时器..................................................63.274LS161....................................................73.374LS192....................................................73.474LS48.....................................................84仿真结果及分析..................................................104.1仿真总原理图..............................................104.2仿真结果..................................................11小结.............................................................12元件清单...........................................................13参考文献...........................................................14附录.............................................................15附录A：电路原理图..............................................15附录B：电路PCB图..............................................1611设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍1.1设计课题任务设计并制作一个篮球竞赛计时器1.2功能要求说明1.准确计时，具有显示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、连续功能；3.计时器为30s递减计时器，其计时间隔为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。1.3总体方案介绍篮球竞赛30秒计时器的总体方案框图如图1.1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时系统的主要模块。计数器完成30秒技术功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示、定时完成报警等功能。图1.130秒计时器的总体方案框图22单元电路的设计2.1秒脉冲发生器2.1.1秒脉冲发生器设计原理用555集成电路组成多谐振荡电路如图2.1所示。电路的工作原理是：接通电源，电源经外接电阻R1和R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当电压上升至2/3VDD时，会使比较器A1翻转输出低电平，RS触发器复位，输出端U0=0，同时三极管VT导通，电容C通过R2和VT放电，当电容电压下降到1/3VDD时，比较器A2翻转输出低电平，RS触发器置位，输出端变为高电平，三极管VT截止，C放电终止又开始充电，周而复始，输出端便可获得周期性的矩形脉冲波。电容C的放电时间t1与充电时间t2分别为t1=R2CIN2≈0.7R2Ct2=(R1+R2)CIN2≈0.7(R1+R2)C可得输出脉冲波的频率为f=1/(t1+t2)≈1.43/(R1+2R2)C图2.1555集成电路组成多谐振荡电路32.1.2秒脉冲发生器设计方案一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，由于本次课程设计对精度要求不高，因此选择用555集成电路组成多谐振荡电路产生f=10Hz的周期性矩形脉冲波。555集成电路组成多谐振荡电路参数设计如图2.2所示。图2.2555集成电路组成多谐振荡电路参数设计用74LS161构成10进制计数器如图2.3所示，当周期为0.1秒的脉冲信号由CLK端进入计数器时，每隔10个脉冲74LS161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。图2.374LS161构成10进制计数器42.2计数器8421BCD码30进制递减计数器由两片74LS192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CPD端，端接到下一级的CPU端即可。此计数器预置数为N=(00110000)8421BCD=(30)10。它的计数原理是，只有当低位借位端发出负跳变借位脉冲时，高位计数器才做减1计数。当高，低位计数器全为0，且CPD为0时，计数器完成并行置数，之后，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。8421BCD码30进制递减计数器如图2.4所示。图2.48421BCD码30进制递减计数器2.3译码显示用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。74LS48专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。若将计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。译码显示电路如图2.5所示。图2.5译码显示电路52.4控制电路此控制电路可以完成以下功能：1、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。2、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“继续”开关，计数器继续累计计数。3、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。电路图见电路原理图。2.5报警电路报警电路如图2.所示，两片74LS192的借位输出端与图中的非门输入端相接，当两片74LS192同时有借位输出时，即输出低电平时，二极管导通发光，达到光电报警的作用。图2.6报警电路2.6电路原理图和PCB图2.6.1电路原理图见附录A2.6.2电路PCB图见附录B63芯片引脚及功能说明3.1555定时器NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。图3.1555定时器引脚图NE555引脚图介绍如下：1地GND2触发3输出4复位5控制电压6门限(阈值）7放电8电源电压Vcc表3.1555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73.274LS16174LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器。图3.274LS161引脚图74LS161引脚图介绍如下：CP为时钟输入，P0~P3为数据输入端，/MR清零，使能CEP和CET，PE为置数端，Q0~Q3为数据输出端，以及进位输出TC。表3.274LS161功能表3.374LS19274LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。图3.374LS192引脚图874LS192引脚图介绍如下：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，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。表3.374LS192功能表输入输出CRLD———功能表CPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba0111XXXX保持011XXXX加计数011XXXX减计数3.474LS48段显示译码器74LS48是输出高电平有效的译码器。图3.474LS48引脚图74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。由74LS48真值表可获知74LS48所具有的逻辑功能：（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。9除DCBA=0000外，RBI也可以接低电平，见表1中1～16行。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT=0）此时BI/RBO端作为输出端，端输入低电平信号时，表1最后一行，与及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT端输入高电平信号，RBI端输入低电平信号，若此时DCBA=0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA≠0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。表3.474LS48功能表104仿真结果及分析4.1仿真总原理图图4.1仿真总原理图114.2仿真结果数码管显示：555定时器输出f=10Hz的脉冲：12小结课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。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也增强了我其它方面的能力。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、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，增强了我的实际操作能力。在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。这次设计所用的的工具是Multisim10.0.1,由于之前接触过类似的软件，所以画图和仿真就比较方便，使设计的质量得到了保证。本次课程设计提高了我的综合动手能力和工程设计能力，它使我的理论知识得到了综合应用，培养我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。我