篮球三十秒倒计时课设说明书

1目录第一章绪论………………………………………………………21.1课题简介………………………………………………………21.2课程设计的内容和要求…………………………………………21.3对课程设计成果的要求…………………………………………31.4课程设计任务分配…………………………………………3第二章电路设计原理…………………………………………42.1电路组成……………………………………………………42.2设计思路……………………………………………………52.3设计方案……………………………………………………5第三章单元模块…………………………………………………63.1秒脉冲发生器………………………………………………63.28421BCD码递减计数器模块……………………………83.3译码显示电路………………………………………………93.4辅助控制电路………………………………………………13第四章电路连接及工作过程………………………………174.1总电路图……………………………………………………174.2工作过程……………………………………………………17第五章课设心得………………………………………………202一、绪论1.1课题简介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，即计时模块、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。1.2课程设计的内容和要求：设计任务与要求(1)设计一个30秒倒计时电路，并具有时间显示功能。(2)设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计时。(3)要求计时电路递减计时，每隔一秒钟，计时器减1。4)当计时器定时时间到时，显示器上显示00，同时发出声光报警信号。设计要求(1)认真思考，充分理解设计任务。(2)确定设计原理框图及方案。(3)设计出计时器电路，实现控制功能。(4)选择元器件。(5)画出相关设计图。(6)撰写设计说明书。31.3对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：撰写设计说明书，画出计时器原理图、计时器电路图、计时器功能转换图、对各个部件环节功能的说明等，列出元器件明细表。1.4课程设计任务分配姓名学号职务任务备注4二、电路设计原理2.1电路组成30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（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30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/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。图2-130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与蜂鸣器代替。脉冲发生器计数器计数器十位显示个位显示译码器译码器报警电路控制电路52.2设计思路定时电路主要由振荡器和计数器组成。该电路设计思路如下：1．设计一个秒脉冲发生器，这里采用555定时器来产生这个计时脉冲。通过555定时器外接电阻，将其脉冲宽度调整为1秒2．设计30秒递减计时电路，由秒脉冲发生器控制其计数，每隔1秒钟，计数器减1。3．设计译码显示电路，显示器能显示计数器的即时计数数值。4．设计报警电路，当计数器递减计时到零时（即定时时间到，显示器上显示00），发出报警信号。5．设计外部操作开关控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计时。2．3设计方案分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停／连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，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。当启动开关闭合时，控制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“30”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；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，计数器继续递减计数。系统设计框图如图2-1所示。6三、单元模块根据设计思路和原理框图，对各个单元电路进行分析，逐次设计出各个单元电路。3.1秒脉冲发生器555定时器内部结构图如图3.1所示。3.1.1555定时器电路的基本原理由3.1图可以看出，555内部结构包括两个电压比较器C1和C2，一个基本RS触发器和一个集电极开路的放电三极管TD三部分构成。VI1是比较器C1的反相输入端，也称阈值端，用TH表示。VI2是比较器C2的同相输入端，也称触发端，用TR表示。VR1和VR2是C1和C2的基准电压，VCO是控制电压输入端，当VCO悬空时，VR1=2/3VCC，VR2=1/3VCC。若VCO接固定电压时，VR1=VCO，VR2=1/2VCO。/RD是清零端，当/RD=0时，VO=0；当/RD=1时，电路处于工作状态。555定时器的逻辑功能主要取决于比较器C1、C2的工作状态，分析如下，在无外加控制电压VCO的情况下：1、当VI1VR1，VI2VR2时，比较器输出VCl=0，VC2=1，触发器置0，使得定时器输出VO=0，同时TD导通。2、当VI1VR1，VI2VR2时，比较器输出VC1=1，VC2=0，触发器置1，使得定时器输出VO=1，同时TD截止。图3.1555定时器内部结构R5KR5KR5KC1C2G1G2G3RdVi1(TH)Vi2(TR)VCCTVcoR1VoVo'DisQQSR..TH6TR2Dis7VCC8Rd4Q3GND1Vco555512345678GNDTRVoRdVcoTHDisVCC555..(a)555的逻辑符号(b)555的引脚排列图3.2555定时器逻辑符号和引脚73、当VI1VR1；VI2VR2时，比较器输出VCl=1，VC2=1，触发器维持原状态不变。根据以上分析，可得到555集成定时器功能状态表，如表3.1所示。为了提高电路的负载能力，在输出端接缓冲器G4。TD与/R接成的反相输出端VO′与VO在高、低电平状态上完全相同。3.1.2秒脉冲发生器电路设计555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路，可产生各种脉冲,为了给计数器74LS192提供一个时序脉冲信号,使其进行减计数,本设计采用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如图3.3示.其中555管脚图如上图3.2示.由555工作特性和其输出周期计算公式可知,其产生的脉冲周期为:T=0.7(R1+2R2)C。因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取15k欧姆,R2取65k欧姆,电容取C为10uF.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为1秒.图3.3555多谐振荡电路表3.1555定时器控制功能表输入输出THTRdRVODis×32VCC32VCC32VCC×31VCC31VCC×LHHHLH不变L导通截止不变导通48162357R1R2CuC555uoVcc0.01uF10uF68K15K83.28421BCD码递减计数器模块计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制可编程同步加/减计数器，它采用8421码二一十进制编码，并具有直接清零、置数、加/减计数功能。74LS192的功能表如表3.2所示。74192功能表：输入输出CRLDCPUCPDD0D1D2D3Q0Q1Q2Q31XXXXXXX00XXI0I1I2I301↑1XXXX011↑XXXX0111XXXX0000I0I1I2I3加计数减计数保持表3.274LS192功能表3.2.174LS192的工作原理当/LD=1，CR=0时，若时钟脉冲加入到CPu端，且CPd=l则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，/CO端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加入到端CPd，且CPu=1，则计数器在预置数基础上完成减计数功能，当计数减到0时，/BO端发出借位跳变脉冲。由74LS192构成的三十进制递减计数器如图3.4所示。图3.4三十进制递减计数器图中CPU、CPD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。/LD是异步并行置数控制端（低电平有效）。/CO、/BO分别是进位、9借位输出端（低电平有效）。CR是异步清零端，D3~D0是并行数据输入端，Q3~Q0是输出端。3.2.2计数器单元电路74LS192的计数原理是：只有当借位/BO1端发出借位脉冲时，高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零，且CPd为0时，置数/LD2端等于0，计数器完成并行置数，在CPd端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。计数器单元电路如图3.5所示。3.5计数器单元电路该电路图上的两个74LS192的输出端分别接译码器74LS48的ABCD端作为译码输入，计数器预置数为30，但计数器减为00时，高位的计数器/BO端输出报警信号报警电路报警。3.3译码显示电路此模块主要是由74LS48译码器和共阴极七段LED显示器组成，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段LED显示器从30递减到零的计数显示功能。103.3.174LS48七段显示译码器其管脚图如下图3.6所示。现将各管脚功能介绍一下：A、B、C、D是BCD码的输入端；a,b,c,d,e,f,g是输出端；试灯输入端LT：低电平有效。当LT＝0时，数码管的七段应全亮，与输入的译码信号无关。本输入端用于测试数码管的好坏；动态灭零输入端RBI：低电平有效。当LT＝1、RBI＝0、且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭；当译码输入不全为0时，该位正常显示。本输入端用于消隐无效的0。如数据0034.50可显示为34.5；灭灯输入/动态灭零输出端RBO：这是一个特殊的端钮，有时用作输入，有时用作输出。当RBO作为输入使用，且RBO＝0时，数码管七段全灭，与译码输入无关。当RBOBI/作为输出使用时，受控于LT和RBI：当LT＝1且RBI＝0时，RBO＝0；其它情况下RBO＝1。本端钮主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。图3.674LS48管脚图1174LS48功能表：输入输出显示字型LTRBIBI/RBODCBAgfedcba0X1XXXX1010000XX0XXXX1111111000000000000008灭灭11100001X100011X100101X100111X101001X101011X101101X101111X110001X11001011111100001101011011100111111011011101101111110000001111111111110011101234567891X110101X1111110110000000000无效输出123.3.2共阴极七段LED显示器共阴极七段LED显示器是较常用的显示数码管，但在使用时要注意的是：1.看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，最好在焊之前用万电用表测一下它的极性，其管脚图如下图2-10所示，如果为共阴极的，其管脚COM端接地；如果为共阳极的，起管脚COM段要接高电平。2.还要注意在数码管电路上加上一保护电阻，起限电流的作用。图3.7共阴极七段LED显示器管脚图