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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业1 设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍1.1 设计课题任务设计并制作一个篮球竞赛计时器1.2 功能要求说明1.准确计时，具有显示30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.计时器为30s递减计时器，其计时间隔为1s；4.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。1.3 总体方案介绍篮球竞赛30秒计时器的总体方案框图如图1.1所示。它包括秒脉冲发生器、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时系统的主要模块。计数器完成3
2、0秒技术功能，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、定时完成报警等功能。图1.1 30秒计时器的总体方案框图2 单元电路的设计2.1 秒脉冲发生器2.1.1 秒脉冲发生器设计原理用555集成电路组成多谐振荡电路如图2.1所示。电路的工作原理是：接通电源，电源经外接电阻R1和R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当电压上升至2/3VDD时，会使比较器A1翻转输出低电平，RS触发器复位，输出端U0=0，同时三极管VT导通，电容C通过R2和VT放电，当电容电压下降到1/3VDD时，比较器A2翻转输出低电平，RS触发器置位，输出端变为高电平，三极管VT截止，
3、C放电终止又开始充电，周而复始，输出端便可获得周期性的矩形脉冲波。电容C的放电时间t1与充电时间t2分别为t1=R2CIN20.7R2Ct2=(R1+R2)CIN20.7(R1+R2)C可得输出脉冲波的频率为f=1/(t1+t2)1.43/(R1+2R2)C图2.1 555集成电路组成多谐振荡电路2.1.2 秒脉冲发生器设计方案一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，由于本次课程设计对精度要求不高，因此选择用555集成电路组成多谐振荡电路产生f=10Hz的周期性矩形脉冲波。555集成电路组成多谐振荡电路参数设计如图2.2所示。图2.2 555集成电路组成多谐振荡电路参数设计用74LS161构
4、成10进制计数器如图2.3所示，当周期为0.1秒的脉冲信号由CLK端进入计数器时，每隔10个脉冲74LS161计数一次，所以从CO输出端输出周期为1秒的脉冲信号，完成秒脉冲的设计。 图2.3 74LS161构成10进制计数器2.2 计数器8421BCD码30进制递减计数器由两片74LS192构成。74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的CPD端，端接到下一级的CPU端即可。此计数器预置数为N=(0011 0000)8421BCD=(30)10。它的计数原理是，只有当低位借位端发出负跳变借位脉冲时
5、，高位计数器才做减1计数。当高，低位计数器全为0，且CPD为0时，计数器完成并行置数，之后，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。8421BCD码30进制递减计数器如图2.4所示。图2.4 8421BCD码30进制递减计数器2.3 译码显示用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。74LS48专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。若将计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。译码显示电路如图2.5所示。图2.5 译码显示电路2.4 控制电路此控制电路可以完成以下功能：1、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开
6、“启动”开关，计数器开始进行递减计数。2、当“暂停/连续”开关处于“暂停”时，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“继续”开关，计数器继续累计计数。3、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路（发光二极管）工作。电路图见电路原理图。2.5 报警电路报警电路如图2.所示，两片74LS192的借位输出端与图中的非门输入端相接，当两片74LS192同时有借位输出时，即输出低电平时，二极管导通发光，达到光电报警的作用。图2.6 报警电路2.6 电路原理图和PCB图2.6.1 电路原理图见附录A2.6.2 电路PCB图见附录B3 芯片引脚及功能说明3.1
7、 555定时器NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。图3.1 555定时器引脚图NE555引脚图介绍如下：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表3.1 555定时器功能表输入输出复位THQVT1状态00导通11截止10导通1原状态不变3.2 74LS16174LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器。图3.2 74LS161引脚图74LS161引脚图介绍如下：CP为时钟输入，P0P3为数据输入端，/MR清零，使能CEP和CET，PE为置数端，Q0Q3为数据输出端，以及进位输出TC。表3.2 74LS161功能表
8、 3.3 74LS19274LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。图3.3 74LS192引脚图74LS192引脚图介绍如下：CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。表3.3 74LS192功能表输入输出CR功能表CPU CPDD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q01XXX X X X X 0 0 0 000XX d c b a d c b a011 1 X X X X保持01 1 X X X X加计数011 X X
9、 X X减计数3.4 74LS48段显示译码器74LS48是输出高电平有效的译码器。图3.4 74LS48引脚图 74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 由74LS48真值表可获知74LS48所具有的逻辑功能：（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA =
10、0000外，RBI也可以接低电平，见表1中116行。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT = 0）此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与 及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电
11、平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。表3.4 74LS48功能表4 仿真结果及分析4.1 仿真总原理图图4.1 仿真总原理图4.2 仿真结果数码管显示：555定时器输出f=10Hz的脉冲：小 结课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。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、
12、三极管、二极管、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Multisim 10.0.1,由于之前接触过类似的软件，所以画图和仿真就比较方便，使设计的质量得到了保证。 本次课程设计提高了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
13、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，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步发展帮助较大。同时也加强了对课本知识的理解，使我们做到理论和与实际的联系，收获很大。并且我也深深地体会到自己所学知识的不足，激发了我的自学能力和应对挑战的能力。为今后学习打下了良好的基础，也培养了我们严谨务实的作风。元件清单元件名数量参数电阻35.1k11k14.7k电容10.1uf110uf滑动变阻器110k一位七段共阴数码管274LS48274LS192274
14、LS161174LS00274LS0415551微动开关1六脚开关1拨动开关1发光二极管2DC电源座1插针4参考文献1 阎石.数字电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，1998.111 Yan Shi. Fundamentals of digital electronic technology (Fourth Edition). Beijing: Higher Education Press, 1998.112 谢自美.电子线路设计实验测试（第三版）.武汉：华中科技大学出版社,2006.082 Xie Zimei. The electronic circuit design experiment (Third Edition). Wuhan:Huazhong University of Science and Technology press, 2006.08附 录附录A：电路原理图附录B：电路PCB图