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篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计某某学院本科生课程设计《数字电子技术》课程设计设计题目：篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计专业：电子信息科学与技术班级：12信息本学生姓名：某某学号：0014000指导教师：张三（副教授）2013年12月20日篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计某某（某某学院电子信息工程学院，省名市名邮编）摘要：基于数字电路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环节，是真正锻炼学生能力的环节。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、游戏中的倒计时，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通信号控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。在篮球比赛中，规定了队员的持球时间不能超过30S，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛30S计时器”，可用于篮球比赛中，用于对队员持球时间30S的限制。一旦队员的持球时间超过了30S，它自动的报警从而判定此队员的犯规。篮球竞赛30S计时器具有计时、暂停、清零、报警的功能，整个电路的设计借助于Proteus仿真软件和数字逻辑电路，并在Proteus下设计和进行仿真，得到了预期的结果。再通过实际焊接和调试来现实实现这些功能。关键词：计时器；脉冲发生器；数码显示；清零；报警篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计第一章设计任务篮球竞赛30S计时器1.具有显示30S计时功能；2．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．在直接清零时，要求数码显示器灭灯；4．计时器为30S递减计时，计时间隔为1S；5．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。第二章方案设计及比较2.1设计方案根据目前所学的知识，主要有以下两种设计方法（1）.方案一：图2.1方案一篮球竞赛30S计时器电路篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计（2）.方案二;图2.2方案二篮球竞赛30S计时器电路2.2方案比较方案一：虽然元器件也挺多，但对比与方案二更多，而且需要的芯片也更少，这样所需成本更少，线路更简单些，焊起来也更快。方案二：结构复杂，线路很多，用的元器件也比较多，而且要用到两个555芯片，需要的芯片也更多，这样在实际焊的过程中工作量比较大。所以，综合考虑，选择方案一较好。篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计第三章单元电路分析与设计3.1电路设计原理篮球竞赛30S计时器的总体参考方案框图如图3-1所示。它包括秒脉冲发生器，30S计时器，单元译码显示部分，报警电路和外部操作信号五大块组成，其中外部操作信号包括置数启动，暂停和清零电路。图3.1篮球竞赛30S计时器设计总框图3.2单元模块3.2.1脉冲产生电路（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。NE555为8脚时基集成电路，各脚主要功能（集成块图在下面）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(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逐渐篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容通过电阻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(b)所示。3.2脉数发生器示意图输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:tW1＝0.7(R1＋R2)C（3.2.1–1）tW2＝0.7R2C（3.2.1–2）T＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2)（3.2.1–3）这里的脉数发生器R1=51KΩ,R2=47KΩ,C=1uf周期T=0.1s3.2.2计时器计时器部分由两片74Ls192和一片74Ls161组成（1）.74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，它可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统中实现分频器等很多重要的功能.篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计图3.374Ls161引脚图管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0~P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0~Q3图3.474Ls161功能表从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”，CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。这里将74Ls161置数为6，计数从6到15变成十进制计数器，脉数发生器周期为篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计0.1秒，经过74Ls161,每循环一次，TC进位端发生一个高信号，于是相当于TC端是发出周期为1秒的脉冲信号。(2).74LS192为可预置的十进制同步加/减计数器（双时钟），其清除端是异步的。图3.574Ls192引脚图引出端符号TCD错位输出端（低电平有效）TCU进位输出端（低电平有效）CPD减计数时钟输入端（上升沿有效）CPU加计数时钟输入端（上升沿有效）MR异步清除端P0～P3并行数据输入端PL异步并行置入控制端（低电平有效）Q0～Q3输出端当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能；预置是异步的，当置入控制端（PL）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（P0～P3）相一致的状态；计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在4个触发器上而实现。在CPD、CPU上升沿作用下Q0～Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。当计数上溢出时，进位输出端（TCU）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPU低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（TCD）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPD低电平篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计部分的低电平脉冲。当把TCD和TCU分别连接后一级的CPD、CPU，即可进行级联.74Ls192设计部分如下：图3.674Ls192设计高片74Ls192置数为3，低片74Ls92置数为0，低位CP接74Ls161的TC（15管脚）。当低位74Ls92从0减为9时，借位端发出信号，使高位74Ls92从3到2，低位每计数十下，高位减一下。3.2.3单元译码显示部分单元译码显示部分也由两部分组成，一部分是74Ls48，一部分是共阴数码管。（1）.74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。图3.774LS48引脚图篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计图3.8数字显示译码器图3.9BCD七段译码器真值表（2）.共阴数码管图3.10共阴数码管引脚图篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计译码管和数码管的连接:图3.11单元译码显示部分3.2.4报警电路图3.12光电报警电路BO1为低位74LS192的借位端，BO2为高位74LS192的借位端，到低位从0到9时，BO1发出“0”信号，但不会使发光二级管亮灯，只有当计数器见到00时，B01和BO2同时发出“0”信号，才能使发光二级管发光，产生报警作用。篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计3.2.5外部操作信号外部操作信号由置数，暂停，清零三部分构成。1、操作“清零”开关，要求计数器清零，当开关闭合是继续工作，开关打开是使两片74ls192的清零端为高电位，于是清零端工作。2、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。3、当“暂停/连续”开关处于闭合时，发出低电平，通过与555的输出端与非，从而使与非后的信号一直为高电位，即脉冲信号失效，显示器保持不变。当此开关处于打开时，计数器继续累计计数。第四章总原理图根据上述设计思路和参数设计得到总电路原理图：篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计图4.1总电路原理图第五章实物图的连接与调试5.1实物图的连接1.准备数字电路试验箱一个，74LS48两块、74LS192两块CC4011一块。2.检测各元件逻辑功能的完整性。3.连接实物电路，按要求进行实验。5.2调试仪器和设备万用表示波器导线镊子5.3实物图的调试(1).连接好实物图后打开电源，合上置数开关S1，结果如图5.31显示图5.31实物连接图篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计(2).发现计时器计数太快，周期差不多是0.1秒，发现电容弄错了，于是把电容改小了十倍，再测试周期正常为1秒。(3).电路开始倒计时。如图5.32所示图5.32倒计时中5.4电路的调试结果及分析经多次调试后连接5V直流电源后，数码管首先显示数字为00，闭合置数开关，数字显示为30，打开置数开关，计数器开始计时，从30一直到00，计数期间按下暂停键，数码管显示不变，打开后继续计算，当数码管到了00时，发光二极管发亮同时数码管显示不变，停在00。结果与设计要求都符合，说明这次设计成功。篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计第六章实验总结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，最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了寻求解决问题的能力和团队精神,也增强了其它方面的能力。在设计中，充分应用所学的知识。这次实践让人受益匪浅，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，培养了大家的设计思维，增强了实际操作能力。在让大家体会到设计电路艰辛的同时，更体会到成功的喜悦和快乐。这次设计所用的的仿真软件工具是Multisim，总体上感觉Multisim这软件还不错，以后多练习，以便更好的运用。参考文献[1].余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第二版）.高等教育出版社，1999.[2].陈大钦.电子技术基础实验.高等教育出版社，2000.[3].唐颖、马杰、王海云.数字电路.重庆大学出版设，2004。[4]阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006.[5]代启化．Proteus在电路系统设计中的应用.2006.[6]肖景和．CMOS数字电路应用300例.中国电力出版社,2006.篮球竞赛30s计时器逻辑电路设计数字电子技术》课程设计评分表设计题目：XXXX学生姓名：某某指导教师签名：年月日项目主要内容满分得分设计报告设计报告规范、完整、无原理性错误40电路设计电路设计与参数计算20电路测试测试结果与分析20电路安装实际电路安装与调试20总分100