篮球竞赛24s计时器.(DOC)

1、电子课程设计篮球竞赛24s计时器学院：电子信息工程学院专业：姓名：学号：指导教师：2014年12月TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 一、设计任务与要求3二、总体框图3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 三、选择器件4 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 四、功能模块10 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 五、总体设计电路图14 HYPERLINK l bookmark56

2、o Current Document 六、硬件调试17 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 七、心得与总结17篮球竞赛24s计时器-、设计任务与要求1、设计一个具有显示24S计时功能的篮球竞赛计时器。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、计时器为24S递减计时器，其时间间隔为0.01秒。4、计时器减计时到零时，发出报警信号。二、基本原理与电路框图电路框图篮球竞赛24秒计时器的电路框图如图2-1所示。十位显示A个位显示匸报警电路A控制电路图2-1电路框图基本原理24秒计时器的总体参考方案框图如图1所示。它包括秒脉冲发

3、生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路(简称控制电路)等五个模块组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。译码显示器是DCD_HEX七段发光二极管。报警电路在实验中可用发光二极管和蜂鸣器组成。三、选择器件1原件清单该设计所用的器件如表3-1所示。表3-1元器件清单序号用途型号数量1十进制计数器74LS19

4、22片2多谐振荡器CM5551片3二输入或门74LS321片4二输入与门74LS081片5八输入或门1片6六输入或非门1个7数码管2个8灯泡1个9蜂鸣器1个10电阻、电容若干元件介绍(1)74LS19274LS192为可置数的同步十进制双时钟加减计数器，如图3-1所示它具有上升沿有效的加计数时钟端UP和减计数时钟端DOWN；该计数器具有异步清零端，当清零信号CLR为高电平时，实现清零功能；该计数器还有异步置数功能,当置数信号LOAD为低电平时，实现预置数；当计数器加计数，且计数值为9时，进位端CO输出宽度等于加计数脉冲UP的低电平脉冲；当计数器减计数，且计数值为0时，借位端BO输出宽度等于减计

5、数脉冲DONW的低电平脉冲。执行加数功能时，减计数端DOWN接高低电平，计数脉冲由UP端输入；执行减数功能时，加数端UP接高电平，计数脉冲由减数端DOWN输入。74LS192的管脚图如图3-1所示。74LS192的功能表如表3-2所示。U1-i5-1-i0-9-11-i4ABCD(2AQBQCQD2_6-7LOADCLRUPDOWNBOCO0131274LS192D图3-174LS192的管脚图表3-274LS192功能表输入输出CRLDUPDOWNDCBAQDQCQBQA1*000000*abcdabcd011*加计数功能011T*减计数功能（2）555定时器555定时器是一种模拟和数字功能

6、相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V工作。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现本设计所需的单稳态触发器。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。图3-4数码管的逻辑符号A其逻辑框图555定时器的逻辑框图如图3-2所示。S47J63D3-亠2)1VCCRdDTHTRUOCOGND图3-2555逻辑框图内部原理结构2555定时器的内部原理结构如图3-3所示。QDSS图3-3555内部原理结构功能表21在1脚接地

7、,5脚未外接电压，两个比较器A、A基准电压分别为-V，-V123cc3cc的情况下，555时基电路的功能表如表3-3所示。表3-3555时基电路的功能表清零端Rd咼触发端TH低触发端TLQn+1放电管T功能0XX0导通直接清零12VCC3CCV3CC0导通置01-V3CC丄V3CC1截止置11V3CCQn不变保持(3)数码管数码管按照其发光二极管的连接方式不同，可分为共阳极和共阴极两种。共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平，而阳极分别由a、b、c、d、e、f输入信号驱动，当某个输入为高电平时，相应的发光二极管点亮;共阳极数码管则相反，它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平，

8、而阴极分别由a、b、c、d、e、f输入信号驱动，当某个输入为低电平时，相应的发光二极管点亮。由于计数器输出的是8421BCD码，数码管不能直接显示成数字，为了让数码管显示人们看懂的数字，就需要把计数器输出的8421BCD码转换成数码管显示的阿拉伯数字，这就需要译码器的翻译。本设计采用DCD_HEX七段发光二极管译码显示器。DCD_HEX为共阴极LED数码管。显示器引脚从左到右依次为：4,3,2,1。该显示包含了译码功能，所以无需专门的译码器。数码管的符号如图3-4所示。图3-7或非门的符号与门与门是实现“与”运算的门电路。与门的逻辑符号如图3-5所示，与门的功能表如表3-4所示。图3-5与门的

9、逻辑符号表3-4与门的功能表输入输出ABY000010100111或门或门是实现逻辑“或”运算的逻辑电路。或门的电路图如图3-6所示，或门的功能表如表3-5所示。Y图3-6或门的符号表3-5或门的功能表输入输出ABY000011101111(6)或非门或非门实现或非逻辑。其符号如图3-7所示。1图4-1秒脉冲发生器其功能表(真值表)如表3-6所示。表3-6或非门真值表输入输出ABY001010100110四、功能模块1.秒脉冲发生器用555集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器。原理与功能见上页，公式如下：Twl=0.7(R2+R1)C1Tw2=0.7RlCl。振荡周期计算公式:T=0.7

10、(R2+2R1)Cl.Ols。秒脉冲发生器的电路图如图4-1所示。VCCSV3210kS25%8U1VCC&stourDISTRUTRICONGNDC2_luF1LM5SSCMClluF2.24S倒计时电路根据设计要求实现二十四进制递减，所以该电路需要使用两个十进制同步减法计数，因此使用2个74LS192芯片级联来实现技术功能；又因为该计数器是24进制循环，所以还使用了8输入或门。74LS192级联是把两个置数段相连，因为要求是递减的24进制，所以把up端接在电源处，把第一个芯片的减计数脉冲DOWN与第二个芯片的借位端BO相连；另一要求是24进制循环，因此还需要使用8输入或门来实现，当两个芯片

11、计数到“00”时，8输入或门输出“0”送给置数端，使芯片又显示成24”,24秒倒计时电路的电路图如图4-2所示。U4U3DCD_HEXDCD_HEXHoV1OV15dllhV图4-224s倒计时电路控制开关的设计在本次设计中，由于设计的要求，要实现计数器的暂停、置数和回秒控制,所以需要设计三个开关来控制电路。(1)置数开关、清零开关该设计要求24进制递减且循环具有置数、清零的作用，因此需要加入与门和或门。将8输入或门的输出端连接在与门的一端，与门的另一端接在置数开关之前；将或门的一端接在与门的输出端，或门另一端接在清零开关之后，其输出端接在两个芯片的置数端LOAD相连处。电路如图4-3所示。5

12、V图4-3置数、清零开关电路图(3)控制开关因为555产生秒脉冲全靠给C2充放电产生，所以只需中断C2的充放电即可，所以在C2的另一端用一个开关控制接地，这就形成了暂停/连续开关，暂停开关的电路图如图4-4所示。图4-4暂停开关电路图报警电路当数码管显示00的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。报警电路如图4-5所示。74LS1-92NUCGSV-理qLJ图4-5报警电路图五、总体设计电路图根据设计要求用555集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器。实现二十四进制递减，所以该电路需要使用两个十进制同步减法计数，因此使用2个74LS192芯片级联来实现技术功能；又因为该计数器是24进

13、制循环，所以还使用了8输入或门。要实现计数器的暂停、置数和回秒控制，所以需要设计三个开关来控制电路。当数码管显示00的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。篮球竞赛24秒计时器是的总体电路如图5-1所示。VCC5VD_HEX32671!QQQQBAB，C109U174LS192DU5OR8OR232673IABCDOOQQQQBCU4HU274LS192DABCICJ11191454R2.2kOhm_5%2.5V200HzLVCC5V4J3Key=38VCCRSTOUTDISTHRTRICONU107625GND3C21LM555CMC11.0UF1.0uF图5-1篮球竞赛24秒计时器总

14、体电路1.计时预备阶段该设计是篮球球竞赛24秒计时器，所以要求是24进制递减计数，开始仿真时，置数、清零、暂停3个开关全都处于断开状态，数码管显示的是24。电路如图5-2所示。窃篮球24s计时器00-Multisim-篮球24s计时器00阴FileEditViewPbceMCUSimulateTransferToolsOptionsWindowHelp_|(g|x|D色1W12鲁a船电m題Q您睡軽电111謀国圜口劲如Dol-lnUseList-J?irromI-卅捺砂(fl為回西M,scY|0IJII|VWflV+!砂皱|S0篮球24s计时器00辭24s计时器00Tran:0.030s灼*口铲

15、分-:H兰S数电文苗l.d.a,.16:36IW丨-ll2014/12/图5-2计时具备阶段电路2.计时阶段电路开始计时的电路图如图5-3所示。24si-ffl%00HMultisim-II宦|FileEditViewPbceMCUSimulateTransferToolsOptionsWindowHelpfii|x|D色1Q12寻b為电念QIHQ毬馬压电IB謀囲圜口更如?HrTjnrTI-寺“卅:砂迥偽回E5MIScJiYe-|oIJ色1国rfB0篮球24s计时器00辭24s计时器00II|VWflV+!鹽皱|Tran:0.031s圜宗警礬蟹iiHEUS.Hierarchy|Visibili

16、ty|ProjectView|經酵“片川20W12/2t图5-3电路计时阶段的电路暂停电路在电路运行的状态下，按下开关3使暂停开关接通，计数停止，电路如图5-4所示。图5-4暂停电路电路报警在电路运行的状态下，电路持续递减直到数码管显示为“00”时，电路发生报警，灯xl亮，电路如图5-5所示。圍篮球24就时器0。打倉|55錠时器枸成的自己震荡器*II14SSldoc*-12:10、.蒲匚丨|2014/12/29?瞬避球245计时器00-Multisim-24s计时器00E巧囲FileEditViewPlaueMCUSimubteTransferToolsReportsOptionsWindow

17、Help冷用曰傷Ulxeco|IIQQQ观电赫驾浄画圜7L：i雀曲跖|一InUseList-|-w-M-iia-厚Vi空納艷图5-5报警电路六、硬件调试实验室里没有足够的元器件，所以有些元件需要筛减并对主要电路进行了硬件操作验证。我只做了一个74LS192异步置数从9递减到0是把借位端BO和非门相连，之后非门输出和置数端LOWN相连；把清零端CLR接在开关上；因为实验室没有四输入或非门，因此可用或门和非门来替代，输出端Y接在LED上。开关S1接高电平显示器显示0,接低电平正常工作。显示器显示0输出端Y输出1，LED灯亮，其他情况则不亮。七、设计心得与总结这次的课程设计我学到了好多，通过Multisim软件，可以很方便的实现计算机仿真和虚拟实验，与传统的实验方法相比，通过Multisim仿真可实现设计与实验可以同步进行，且修改电路容易，连线直观。但是在调试的过程中也遇到了很多麻烦，浪费了很多时间，有的是电路图设计的不对，有的是因为对逻辑电路的理解不到位，所以在修改的过程中困难也是不小的。在这期间，我查了