数字电子技术课程设计篮球比赛30s计时器

1、，、设计目的 1 培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识 去分析和解决工程实际问题的能力 2学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电 子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。 3运行基本技术训练，如基本仪器仪表的使用，产业元器件的识别、测量、熟练运用 的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试 和数据处理等。 4 培养学生的创新能力 二、设计要求 1 . 30秒计时器具有显示30秒的计时功能。 2 .系统设置外部操作开关，控制计时器的直接置数、清零、启动、和暂停功能。 3

2、.计时器为30秒递减计时时，其计时间隔为1秒。 4 .当计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，LED变亮报警。 三、总体设计 本实验的核心部分是要设计一个 30s计数器，并且对计数结果进行实时显示，同时 要实现设计任务中提到的各种控制要求，因此该系统包括秒脉冲发生器、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。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

3、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。系统设计框图如图下图 所示。 四、单元电路设计 1、译码显示电路 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

4、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 74LS4& 在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人 们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显 示电路是许多数字设备不可缺少的部分。 数字显示电路通常由译码器、驱动 器和显示器 等部分组成，如下图所示。下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。 图2 数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品， 广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面

5、化方向发展。 数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起 来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第 种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第 三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合 便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。 数字显示方式目前以分段式应用最普遍，下图表示七段式数字显示器利用不同发光段组 合方式，显示015等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用2位数字 显示器进行显示。 图3显示器 如前所述，分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显

6、示不同数码的。因此，为 了使数码管能将数码所代表的数显示出来，必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点 亮对应的段。例如，对于8421码的0011状态，对应的十进制数为3,则译码驱动器应使 a、b、c、d、g各段点亮。即对应于某一组数码，译码器应有确定的几个输出端有信号输 出，这是分段式数码管电路的主要特点。 74LS48为4线七段译码器/驱动器（BCD俞入，有上拉电阻），其输出端（Ya Yg） 为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极 VLED 当要求输出0 15时，消隐输入（BI） 应为高电平或开路，对于输出为0时还要求脉冲消隐输入（RBI）为高电平或者开路。 当 BI为低电平时，不管其它输入端

7、状态如何， Ya Yg均为低电平。 当RBI和地址端（A0 A3）均为低电平，并且灯测试输入端（LT）为高电平时，Ya Yg为低电平，脉冲消隐 输出（RBO也变为低电平。 当BI为高电平或开路时，LT为低电平可使Ya Yg均为高 电平。48与248的引出端排列、功能和电特性均相同，差别仅在显示6和9,248所显示 的6和9比48多出上杠和下杠。 引出端符号： A-D译码地址输入端 BI/RBO消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效） LT灯测试输入端（低电平有效） RBI脉冲消隐输入端（低电平有效） a-g 段输出 2、脉冲产生电路（555定时器） 555定时器主要是通过外接电阻 R

8、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） 触发 复位 门限（阈值） 电源电压Vcc 1 地 GND 2 3输出4 5控制电压6 7放电8 （1）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R和F2向电容器C充电，使uc逐渐升高,升到2V/3 时,u

9、o跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R和D端放电，使uc下降，降 到V/3时,uo跳变到高电平，D端截止,电源Vcc又通过R和Fb向电容器C充电。如此循环, 输出信号UO的脉宽t w、tw2周期T的计算公式如下 振荡不停, （b）所示。 电容器c在Vcc/3和2Vc（/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图 +Vdd Uc Ri R2 8 4 7 6 555 3 2 15 Uo 0.01 iF t t (b) (a) t wi= 0.7(R i + R2)C t W2= O.7R2C T= t wi+1 w汙 0.7(R 1+ 2R) (2) 用555定时器构成施密特

10、触发器： 用555定时器构成的施密特触发器如图(a)所示。将2管脚和6管脚连在一起作为信 号输入端即可。在输入端外接三角波Ui,当u上升到2VC/3时，输出uo从高电平翻转为低 电平；当u下降到Vcc/3时,输出uo从低电平翻转为高电平。施密特触发器将输入的三角 波整形为矩形波输出。电路的工作波形如图(b)所示。 2 11 回差电压电压 U = 3 Vcc 3 Vcc= 3 Vx 如图所示： + V CC 1 555 t (b) (a) 图6 (3) 用555定时器构成单稳态触发器: 用555定时器构成单稳态触发器电路如图(a)所示。R、C是定时元件。输入脉冲信号 u加于2管脚。输入触发信号u

11、的有效电平是低电平，当u处于高电平时，放电端D导通,uc 和u。均为低电平，电路为稳态。当输入触发信号u的下降沿到来时刻，2管脚电位瞬间低 于VC(/3,使输出uo变为高电平，放电端D截止，电源Vcc通过电阻R向电容器C充电，使uc 按指数规律上升，电路为暂稳态。当uc上升到2V&3时，使输出uo变为低电平,D端导通, 电容器C经D端迅速放电，暂态结束，自动恢复到稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准 备。波形图如(b)所示 +V cc Ui 6 555 3 2 15 Uo 丄 o.oi f (b) （a）图 7 输出脉宽tw是暂稳态的持续时间为t心1.1RC 此电路要求输入信号的负脉冲宽度一定要

12、小于 tW 3、计数电路（74LS192） 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。 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。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（P0P3）相一致的状态；计数是同步的，靠 CPD CPL同时加 在4个触发器上而实现。在CPD CPU上升沿作用下Q（Q3同时变化，从而

13、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 1 IE 2 15 3 1 4 13 5 12 11 7 10 B 9 pi- 00- CP厂 %- 02 05 GHO MR -PL P2 一 PS 图 8 74LS192 引出端符号 TCD错位输出端（低电平有效） TCU进位

14、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 P0P3并行数据输入端 PL异步并行置入控制端（低电平有效） Q（Q3输出端 4、控制电路（清零、置数、暂停、报警） 当计数器74LS192的清零端CLR=侑效时，即可实现对电路进行清零；而当清零端 无效，置数端LOAD=0T效时，即可实现对电路的置数；通过接一与非门对555脉冲发生 器输出端的脉冲信号进行控制，即可实现对整个电路进行暂停计时，为减小开关按键产 生的机械抖动对计时电路的影响，应接一 RS锁存器；当计时器74LS193的借位输出端有 效时，即可实现报警。 五、总体电路

15、图 DS?DS? 六、设计总结 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，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻 求解决问题的能力和团队精神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、整定时器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protel99 SE EWB由于接触过这两个软件， 所以画图和仿真就比较方便，使设计的质量得到了保证。 课程设计提高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。我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利 用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。 课程设计的自主设计、学习和研究过程中，通过写课程设计的总结报告，初步训练我的 书面表达能力。组织逻辑能力，这些技能应用性