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武汉科技大学信息科学与工程学院0903电信课程设计课程设计题目：篮球竞赛30s计时器第1页共9页一、设计任务与要求设计任务：设计一个篮球竞赛30S计时器基本要求：1、计时器为30S递减计时，计时间隔为1S2、设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能3、计时器递减计时到零时，数码显示器闪烁，同时发出报警信号二、方案论证与设计该设计主要由一个555芯片产生一个时钟脉冲，通过控制电路直接加在递减计时芯片74ls192上，通过七段译码显示电路直接译码显示。一：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，再将该脉冲信号加到由74LS161构即周期为1秒，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74LS248把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段输出，这样加在led七段数码管上显示十进制数，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、报警等功能。二：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为1秒的方波，再将该脉冲信号送到DCD_HEX芯片上，经过DCD_HEX内部译码，使LED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、报警等功能。方案选择：通过原理分析和仿真实验等步骤比较后，采用方案二，更简洁、方便、易于实现和各个功能。三、单元电路设计与电路原理本设计分为五个部分，脉冲震荡电路、递减计时电路、译码显示电路、报警电路、最后控制电路。如下系统框图武汉科技大学信息科学与工程学院0903电信课程设计课程设计题目：篮球竞赛30s计时器第2页共9页图1篮球计时器系统整体框图下面是各个单元电路，如下一一赘述：1、脉冲振荡电路该电路由一个555芯片组成：555芯片的工作原理见下表1表1555工作电压表输入输出阈值输入1触发输入2复位rst输出out放电管XX00导通2/3VCC1/3VCC11截止2/3VCC1/3VCC10导通2/3VCC1/3VCC1不变不变原理图如下：图2555脉冲发射电路如上图所示：555电路脉冲计算周期为：T=(R1+2R2)C㏑2；在本图中r1=47K，r2=48k，C=0.1u。计算下来周期大约为1s钟。秒脉冲发生器递减计时电路译码显示电路控制电路报警电路武汉科技大学信息科学与工程学院0903电信课程设计课程设计题目：篮球竞赛30s计时器第3页共9页2、递减计时电路该电路由两个74LS192芯片组成，实现30进制的递减计时功能，U2a,b,c,d以及U1c,d输入端全部接地，U174ls192a,b输入端接高电平，实现30进制计数功能。74ls192功能表如下：表274ls功能表输入输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01×××××××000000××dcbadcba011××××加计数011××××减计数单元电路图如下：武汉科技大学信息科学与工程学院0903电信课程设计课程设计题目：篮球竞赛30s计时器第4页共9页图2递减计时电路图中U1的down端接在U2的bo端，构成30s递减计数器。3、译码显示电路该译码显示电路选用的是集成译码功能与七段显示功能于一体的DCD_HEX芯片，运用该芯片，使电路开机来简洁，避免了有可能出现的比必要错误。图3译码显示电路如上图，直接将两块数码管接在U1、U2端实现译码显示功能。4、报警电路报警电路主要由一个喇叭和一个555多谐振荡器组成。原理图如下：武汉科技大学信息科学与工程学院0903电信课程设计课程设计题目：篮球竞赛30s计时器第5页共9页图4报警电路如上图，上面三个74ls02d直接接在U1的Qc、Qd、U2的Qa、Qb、Qc、Qd输出端，当计数到零时，产生了6个低电平脉冲通过74ls02d接在74ls110上，使55rst端接受到一个高电平，助使555复位，输出脉冲，作用与喇叭并报警。5、控制电路控制电路由两个单刀双掷开关j4、j5和一个单刀单掷开关j1组成。它们的功能如下：J1开始；J4暂停、继续；J5复位清零；图5控制电路如上图，J1断开，U1端a、b端接上高电平，显示器上显示30并开始递减武汉科技大学信息科学与工程学院0903电信课程设计课程设计题目：篮球竞赛30s计时器第6页共9页计数，四、总原理图及元件清单通过以上分析，得总原理图如下：图6总体原理图表3元件清单元件清单：555_virtual2个74ls04d3个电阻电容若干；DCD_HEX2个74ls08d2个开关74ls02d3个74ls20d1个单刀单掷1个74ls192d2个74ls110d1个单刀双掷2个五、电路功能测试方案1、首先测试555脉冲。将示波器接在555芯片的out端，开始仿真，并断开J1开关。双击示波器，武汉科技大学信息科学与工程学院0903电信课程设计课程设计题目：篮球竞赛30s计时器第7页共9页如下图：图7脉冲发射端仿真效果图8555工作稳定后的效果脉冲周期逐渐趋与平稳，显示器开始计时，该功能正常。2、测试复位电路当显示器正在计时时，单击开关J5，使其接上高电平，显示清零。如图：图9测试复位清零武汉科技大学信息科学与工程学院0903电信课程设计课程设计题目：篮球竞赛30s计时器第8页共9页3、测试暂停/继续开关当显示器正在计时时，单击下开关J4，计时暂停；再单击下J4计时继续。图10暂停、继续功能测试4、报警电路测试将示波器接在A1555out端，打开电路仿真开关，使计时30s并到零，发现out端脉冲输出有很明显的幅度变化，从零立即升为9V。报警测试比较成功。图11计时到零时，报警电路的电压变化武汉科技大学信息科学与工程学院0903电信课程设计课程设计题目：篮球竞赛30s计时器第9页共9页图12报警电路稳定电压图如上图：稳定后A1的稳定脉冲。六、结论与心得这次课程设计很好的锻炼了自己的知识实际应用能力，使自己回顾了以前学过的数模电知识，并基本学会了multisim软件的基本用法，在一定程度上提高了自己的实践能力。在写这篇报告之前，通过网上查找相关芯片资料，参考书籍，以及同学的帮助。老师的指导，终于完成了该电路原理图的设计，虽然在一些功能理论上支持，但是实际仿真却达不到理想效果，比如，当电路仿真开关打开时，555芯片却不能立即产生1s脉冲，而是延迟一段时间，才开始发出脉冲，而且该脉冲也不是很稳定，有时无缘由的停下，但是经过自己细心的检查，发现电路图无任何问题等。在画电路图的时候，电路布线错综复杂，很容易连错，比如本人第一次在仿真时，当打开开关J1时，显示器显示70，经检查，发现是把U1的c端接上了高电平等。总之，在这次设计中，在自己学到了很多东西的同时，也发现了自己的很多不足，比如自己对一些芯片知之甚少，我相信我一定会在以后的学习中多多努力。在此，一并感谢在这次课程设计中给予我帮助和鼓励的同学和老师、以及网上的相关作者，谢谢你们！！