数电课设篮球30秒倒计时器

目录一论证..........................21.1设计原理1.2设计方案1.3各分电路功能分析1.3.1计数器电路1.3.2脉冲发生电路1.3.3译码显示电路1.3.4控制电路1.4仿真原理图电子技术课程设计任务书题目：具有数字显示的篮球竞赛30S计时器1．任务要求设计一个篮球竞赛30S进攻时间限制计时器。2．性能指标要求：（1）工作时间可在1—30S内任意设定。（2）30S计时器是递减计时器，间隔为1S。能用LED数码管显示剩余工作时间，还能显示到1/10秒。即当计时开始时显示出所设定的总时间，每当计时10个1/10S，显示器的数字立即减1。(3）减1计时到7S时，发出三声低音预告信号。(4)减1计时到零时(工作时间到)，发出三声高声，并自动停止计时。(5)具有暂停/继续工作、清零复位和启动计时功能。3．设计与测试按任务要求，设计电路，计算参数，选择元器件。根据所设计电路原理图，选择所需元器件连接电路，并按照调试步骤进行调试。4.成果要求(1)课程设计说明书一本。要求：内容完整，图表完备，字迹工整，条理清晰，分析有据。(2)所用元器件清单(3)电路实体和仿真。要求：电路必须有仿真结果（可利用Multisim进行电路仿真分析），该电路实体必须是自己安装调试通过并达到性能指标要求的电路实体。参考器件：两片74LS192、74LS00，叁片74LS48，一片555、74LS04、CC40161，共阴LED显示器3块，电阻、蜂鸣器、发光二极管等5．答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。前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、交通纤毫控制机、还可以用来做时间提醒设备等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。篮球作为一项全民健身项目，已有一定的历史。在中国，篮球很盛行，篮球比赛也日趋职业化。篮球比赛中有一项违例时间要用倒计时器，目前多数采用的是24秒制，但随着篮球制度的改革将会采用30秒制。有需要就会有市场，因此设计一款30秒计时器是非常有必要也非常有前景的。该款计时器是在原来的基础上把24秒制改为30秒制。该计时器要有递减计时及报警功能。因此符合比赛中违例判罚的需要。在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒限制。一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。本设计主要能完成：显示30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、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器全部显示为“0”；计时器为30秒递减计时其计时间隔为0.1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于Multisim10.0.1仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim10.0.1下设计和进行仿真，得到了预期的结果。一电路设计原理与设计电路1.1设计原理我们可以用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秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）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清零，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。1.2设计方案经过初步的设计，可以确定该系统应包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路(简称控制电路)和报警电路等5个部分构成。其中，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以及工作时间的调节。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，数码显示器显示零。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30s字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当按下十位调节开关时，计数器加1；当按下个位调节开关时，计数器同样加1；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1.1所示。图1.1系统设计框图在此，提出两种方案，主要是针对脉冲发生电路。方案一是采用555构成的多谐振荡电路（即脉冲产生电路），其电路原理图如图１.２。另一种方案是用555构成的多谐振荡器直接产生频率为10Hz的秒脉冲，原理图如图１.5。相比较之下方案一的秒脉冲会稳定些，但因为电路加入了74LS161用于异步清零法分频而使电路变得复杂许多，而本次课设都是采用软件仿真的方式来验证最后结果的，因此不会存在因为元器件的误差而使结果受到影响的情况，因此没有必要用复杂的电路来替代简单电路就可以完成的功能的电路。所以本次课设采用第二种方案来产生10Hz的秒脉冲。脉冲发生器计数器计数器十位显示个位显示1/10位显示译码器译码器译码器计数器报警电路控制电路图１.2方案一的秒脉冲发生电路１.3各分电路功能分析1.3.1脉冲发生电路555定时器555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。图2.2是NE555的内部功能原理框图和内部管脚图图1.3555管脚图用555定时器构成多谐振荡器用555定时器构成多谐振荡器电路如图2.3(a)所示。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图2.3(b)所示。图1.4555构成的振荡电路及即波形输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:tW1＝0.7(R1＋R2)CtW2＝0.7R2CT＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2)C根据要求，该系统中要使555构成的多谐振荡电路产生10Hz的脉冲，因此我们可以令R1=51k，R2=49k，C=970nF，得到周期T=0.761097.0)49251(kk0.101s，即按照图2.4连接的电路就可以产生10Hz的方波脉冲。84765553215R1R2ucC+VCCuo0.01µFtuo0tw2tw1tuc0CCV32CCV31T（a）5555555（b）图1.5555定时器构成的多系振荡电路1.3.2计数器电路计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。图2.5是74LS192的管脚图。图1.674LS192管脚图74LS192具有下述功能：①异步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000。（此功能可实现计数器的清零）②异步置数：MR=0，PL=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。③保持：MR=0，PL=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态④加计数：CR=0,PL=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数⑤减计数：CR=0,PL=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数按照课程设计任务书要求，需要计时30s，并且显示到0.1s，因此该设计中需要用到一个三进制的减法计数器和两个十进制的减法计数器。我们可以用三片74LS192来实现这三个计数器。计数模块中的三片计数器的加计数器脉冲输入端都要接高电平，且要将低位片的借位信号加到高位片的减计数脉冲输入端。高位片计数器的借位信号控制报警信号，在进行减计数时，借位信号一直为高。30秒倒计时计数电路可以按照图2.6连接。图1.730秒倒计时器的计数电路2.3.3译码显示电路本次设计中我们用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成7段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的BCD码换成7段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS48。图2.7是74LS48的外部管脚图图1.874LS48管脚图七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下：灭灯输入BI/RBOBI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI＝0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入a～g均为0，所以字形熄灭。试灯输入LT当LT＝0时，BI/RBO是输出端，且RBO＝1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a～g均为1,显示字形8。该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。动态灭零输入RBI当LT＝1，RBI＝0且输入代码DCBA＝0000时，各段输出a～g均为低电平，与BCD码相应的字形0熄灭，故称“灭零”。利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。动态灭零输出RBOBI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT＝1且RBI＝0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，则RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT＝1，这时候，译码器各段a～g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。74LS48的功能表如下：74LS48功能表十进数或功能输入BI/RBO输出LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H11111101Hx0001H01100002Hx0010H11011013Hx0011H11110014Hx0100H01100115Hx0101H10110116Hx0110H00111117Hx0111H11100008Hx1000H11111119Hx1001H111001110Hx1010H000110111Hx1011H001100112Hx1100H010001113Hx1101H100101114Hx1110H000111115Hx1111H0000000BIxxxxxxL0000000RBIHL0000L0000000LTLxxxxxH1111111表1.174LS48的功能表本次设计的译码显示电路可以按照图1.9连接电路图1.9译码显示电路2.3.4控制电路报警电路任务要求在计时器倒计时到7秒时发出低声警报，在倒计时到0秒时发出高声警报，因次我们可以将192的输出端按照下图连接，当192的高位到低位输出00001110xxxx时（即倒计时到7秒时）可发出报警。当计时到0秒时最高位192的借位BO会由高电平跳变为低电平，蜂鸣器导通，这样就产生了报警信号。因此，按照图1.10也可以使蜂鸣器发声报警。图1.10报警电路暂停、置位、清零、十位调整、个位调整控制