数电课程设计篮球比赛24秒计时器

1、湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋 电气与信息工程 学院（系、部） 2012 2013 学年第 1 学期 课程名称 电子技术课程设计 指导教师 职称 副教授 学生姓名 * 专业班级 * 学号 1* 题 目 篮球比赛24秒计时器 成 绩 起止日期 2012 年 12 月 23 日 2013 年 01 月 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书2课程设计说明书3课程设计图纸张456 湖南工业大学课程设计任务书2012 2013 学年第 1 学期 电气与信息工程 学院（系、部） 电气工程 专业 * 班级课程名称： 电子技术课程设计 设计题目： 篮球比赛24秒计时器 完成期

2、限：自 2012 年 12 月 25 日至 2012 年 01 月 04 日共 1 周内容及任务篮球比赛24秒计时器设计要求：1、具有24秒计时功能。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 功能。3、在直接清零时，要求数码显示器灭灯。4、计时器为24秒递减时, 计时间隔为1秒。5、时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号注：要求首先采用EWB完成篮球比赛24秒计时器的硬件电路设计及仿真进度安排起止日期工作内容201212.25讲述设计内容及基本原理201212.31-2013.01.02进行篮球比赛24秒计时器的设计201301.03-2013.01.04

3、进行篮球比赛24秒计时器的仿真、检查。主要参考资料1 魏昌洲. 数字电路基础. 西安电子科技大学出版社，2001年指导教师（签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日附件三（电子技术）设计说明书（题目）篮球比赛24秒计时器起止日期： 2012 年 12 月 25 日 至 2013 年 01 月 04 日学生姓名*班级*学号1040*成绩指导教师(签字)电气与信息工程学院2012年 12 月 10 日电子技术课程设计指导书课题 篮球比赛24秒计时器一、设计要求1. 具有24秒计时功能。2. 设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能。3. 在直接清零时，要求数码

4、显示器灭灯。4. 计时器为24秒递减时, 计时间隔为1秒。5. 计时器递减计数到“00”时，计时器跳回“24”停止工作，并发出光电报警。二、总体参考方案外部操作开关报警电路控制电路译码显示计数器秒脉冲发生器24秒计时器总体参考方案框图如图1.1所示。图1.1 24秒计时器总体参考方案框图三设计思路：我的设计思路是分模块设计，先设计555秒脉冲产生模块。然后用74192芯片，译码芯片设计24秒倒计时模块，最后设计控制电路，控制电路的各种功能。具体过程如下：1用555芯片组成多谐振荡器产生1HZ 的秒脉冲秒脉冲产生电路，由555定时器和外接元件R1、R2、C等构成多谐振荡器。图2.2.1：其中R1

5、相当一个定时电阻决定C的放电的持续时间，起始时，电容C上电压VC因放电而下降，当其值低于下阈值1/3VCC时定时器被触发端触，输转换为高电平，释放电晶体管截止。电容C开始充电，以（RR2）C的常数趋向VCC。当电容上电压VC上升到上阈值2/3VCC时，输出又转换为低电平，并使放电晶体管导电。电容C又重新通过R1和放电晶体管放电，近似以R2C的时常数趋向于零。当电容C上电压下降到1/3VCC时，开始新的循环。如此反复，定时器连续震荡，在输出端产生矩形脉冲在电容C上形成近似锯齿波的波形。根据上述分析，利用电路暂态分析的三要素法，得电容C充电的电压表为 VC=1/3VCC+2/3VCC（1-e-t/

6、） （2.1）（2.1）式中， =(R1+R2)C （2.2）t=tpH时VC =VCC ，充电结束。即： VC=2/3VCC=1/3VCC+2/3VCC（1-e-t/(R1R2)C) （2.3）（2.3）从上式中可求得 tpH = ln2 (R1+R2)C = 0.7(R1+R2)C = 0.7(R1+R2)C （2.4）同理可求得C放电的电压表示为 VC=2/3VCC e-t/ R2C （2.5） t=tpL时，VC=1/3VCC，放电结束，从式（2.5）可得VC=1/3VCC=2/3VCC e-t/ R2C （2.6） tpL=ln20.7R2 （2.7）振荡周期为 T=tpH +tpL

7、=0.7（ R2R2）C （2.8）振荡频率为 f=1/T=1.43/(R1+2R2)C （2.9）此555定时器频率为1HZ，故令C1=10000nF，R1=72.4k，R2 =39 k。周期T=0.7(r1+2R2)C=0.7*(72.4*103+2*39*103)*0.01=1 秒2.用两片74LS192同步可逆计数器芯片，构成成十位数十进制计数器。74LS192功能简介如下：具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图2.2.2所示。其中PL为置数端，CPu为加计数端，CPd为减计数端，TCu为非同步进位输出端，TCd为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，MR为清

8、除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。图2.2.2 74LS192的引脚图及逻辑符号图2.2.3 仿真软件中的74LS192仿真软件Multisim10中74LS192的图形如图2.2.3所示。其中A、B、C、D为置数输入端，LOAD为置数控制端，CLR为清零端，UP为加计数端，DOWN为减计数端，QA、QB、QC、QD为数据输出端，CO为非同步进位输出端，BO为非同步借位输出端。本例为利用减计数器端输入秒脉冲信号，进行减法计数，也就是倒计时。这时计数器按8421码递减进行减计数。利用借位输出端BO与下一级74LS192的DOWN端连接，实现计数器之间的级联。利用置数控制端LOAD实现异步

9、置数。当CLR=0，且LOAD为低电平时，不管UP和DOWN时钟输入端的状态如何，将使计数器的输出等于并行输入数据，即QDQCQBQA=DCBA。24循环的设置为，十位片的DCBA=0010，个位片的DCBA=01003用7448七段译码器构成译码显示电路74LS48芯片具有以下功能：七段译码功能、消隐功能、灯测试功能、动态灭零功能，此电路中我们用到的是七段译码功能。作为译码器，74LS48具有以下特点：74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。内部上拉输出驱动，有效高电平输出，内部有升压电阻而无需外接电阻。七段数码管分共阴、共阳两种，其内

10、部由发光二极管构成，内部有七个发光段，即a.b.c.d.e.f.g.在发光二极管两端加上适当的电压时，就会发光。LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下： 灭灯输入BI/RBO BI/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BI0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，所以字形熄灭。 试灯输入LT 当LT0时，BI/RBO是输出端，且RBO1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出ag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。 表5.3.4 7488功能表 动态灭零输入RBI当LT1，RBI0且输入代码DCBA000

11、0时，各段输出ag均为低电平，与BCD码相应的字形熄灭，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。 h9y9ylllllllllllllll 动态灭零输出RBOBI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT1且RBI0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，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。 从功能表还可看出，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LT1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足

12、显示字形的要求。4.控制开关部分（1）启动开关：闭合时:计数器完成置数，数码显示器显示“24”字样。当断开时：计数器开始计数。它的工作原理是，闭合时，计数器的置数 LOD 被启动开关接地，从而，实现计数器的置数。于是数码显示24; 断开时，通过与非门，当计数器输出端ABCD 同时为0010 和0100时，通过一系列与非门，使计数器完成置数，从而能够自动实现24 00 循环。（2）暂停开关，它的工作原理很简单，是通过切断脉冲源，来实现暂停作用的。（3）清零开关清零工作原理是，当开关闭合时，让计数器的清零端置“1”，于是计数器置零。为了实现直接清零时，数码显示管灭灯。清零开关左边，接到，译码器的灭

13、灯端。通过一个与非门实现控制。附上工作图：启动开关L 闭合 置数24启动开关闭合：开始计数闭合C 直接清零：灭灯到零时，报警电路启动6 实验总结在此次课程设计中，遇到了很多问题，比如对计数器工作不太熟练，了解的芯片太少。比如译码器芯片。后来通过网上查询，得到解决我们将课本理论知识与实际应用联系起来。按照书本上的知识和老师讲授的方法， 首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要 求，然后又继续根据视频教程和老师的指导细心的学习了一下各个软件的使用方法，又按照分析的结果进行实际电路设计，以及电路图的连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。 在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分析讨论，其中也出现