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1、目录前言错误!未定义书签。第一章 计时器 . - 2-1.1 篮球竞赛 24 秒计时器功能. - 2-1.2 设计任务及要求 .21.2.1 基本要求 .21.2.2 设计任务及目标. - 2-1.2.3 主要参考器件：. - 3-第二章电路设计原理与单元模块 .321 设计原理 .422 设计方案 .423 单元模块 .42.3.1 8421BCD 码递减计数器模块 .52.3.2 时钟模块.72.3.3 辅助时序控制模块.8第三章实验体会10第一章 计时器概述1.1 篮球竞赛 24 秒计时器功能随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，运用模电和数电知识设计的电子产品
2、成为社会生活不可缺少的一部分，特别是在各种竞技运动中，定时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过 24 秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛24 秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间 24 秒限制。一旦球员的持球时间超过了 24 秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。本设计主要能完成：显示 24 秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯； 计时器为 24 秒递减计时其计时间隔为 1 秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。1.2 设计任务及要
3、求1.2.1 基本要求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. 计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。1.2.2 设计任务及目标（1） 根据原理图分析各单元电路的功能；（2） 熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；（3） 进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求；（4） 写出完整、详细的课程设计报告1.2.3 主要参考器件译码器 74HC4511 计数器 74LS192LED 数码管扬声器555CAP74
4、LS08第二章电路设计原理与单元模块2.1 设计原理24 秒计时器的总体参考方案框图如图 2-1 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。秒脉冲发生器计数器译码显示控制电路外 部 操作开关报警电路图 2-124 秒计时器系统设计框图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 集成电路组成的多谐振荡器
5、构成。译码显示电路由 74HC4511 和共阴极七段 LED 显示器组成。报警电路在实验中可用发光二极管和扬声器代替。2.2 设计方案分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成 24s 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。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。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“24”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
6、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 2-1 所示。篮球竞赛 24 秒计时器实验电路如图 2-2 所示。U1U2SW1U5LS1U3U4C6R1D1U6R4SW3R6U7R5U8R7R2R3SW2U10R8C1C2U9U11C3C4C7C5U12U13图 2-2 篮球竞赛 24 秒计时器2.3 单元模块2.3.1 8421BCD 码递减计数器模块计数器选用汇总规模集成电路 74LS192 进行设计较为简便，74LS192 是十进制可编程同步加锁计数器，它采用 8421 码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、加锁计数功能。图 2-3 是 74LS
7、192 外引脚及时序波形图。图中UP、DN 分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。PL 是异步并行置数控制端（低电平有效）， TCU、TCD 分别是进位、借位输出端（低电平有效），MR 是异步清零端，D3-D0 是并行数据输入殿，Q3-Q0 是输出端。74192 的功能表见下表 2-1 所示。其工作原理是：当PL=1，MR=0 时，若时钟 脉 冲 加 到 UP 端 ， 且 DN=1U9151109D0 D1 D2D3Q0 Q1 Q2Q33267541114UP DN PL MR74LS192TCUTCD1213图 2-374LS192 外引脚及时序波形图表 2-174LS192
8、功能表MRPLUPDN功能1xx00xx清零x置数01011a1 a2 a3a41加法计数减法计数a5a6as则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到 9 时，TCU 端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到 DN 端，且 UP =1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到 0 时，TCD 端发出借位下跳变脉冲。由 74LS192 构成的二十四进制递减计数器如下图 2-4 所示U3b a15 D01aa10 D19 D2D3ac 5 UP4 DN11 PL14 MRQ0 3Q1 2Q2 6Q3 7TCU 12 TCD 13U4b a15aa1 D010 D19 D2D3ac5
9、 UP4 DN11 PL14 MRQ0 3Q1 2Q2 6Q3 7TCU 12 TCD 1374LS19274LS192+5v图 2-48421BCD 二十四递减计数器其预置数为 N=（00100100）= (24)10。它的计数原理是 : 只有当低位 TCD1 端发出借位脉冲时 , 高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零 , 且 DN 为 0 时 , 置数端 PL2 =0, 计数器完成并行置数 , 在 DN 端的输入时钟脉冲作用下 , 计数器再次进入下一循环减计数。2.3.2 时钟模块为了给计数器 74LS192 提供一个时序脉冲信号,使其进行减计数,本设计采用 555 构成的多谐振
10、荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如图 2-6 示.其中 555 管脚图如下图 2-5 示.由 555 工作特性和其输出周期计算公式可知, 其产生的脉冲周期为: T=0.7(R1+2R2)C 。U984RC3CQVDC75CV2DTRNGTH61555因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R4 取 15k 欧姆,R3 取 68k 欧姆,电容取 C2 为 10uF、C1 为 1nF,.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为 1 秒图 2-5555 管脚图+5V8U6R415k4RC VQ3DC75CV21R368k122TRDNGTH6C11nF1555C210000nF图 2-65
11、55 多谐振荡电路图2.3.3 辅助时序控制模块为了保证系统的设计要求 , 在设计控制电路时 , 应正确处理各个信号之间的时序关系。从系统的设计要求可知 , 控制电路要完成以下四项功能 :操作 “直接清零”开关时 , 要求计数器灭灯。闭合 “启动” 开关时 , 计数器应完成置数功能 , 显示器显示 24 秒字 样; 断 开 “ 启 动 ” 开 关 时, 计 数 器 开 始 进 行 递 减 计 数 。当 “暂停 / 连续”开关处于 “暂停”位置时 ,控制电路封锁时钟脉冲信号 CP , 计数器暂停计数 , 显示器上保持原来的数不变 ，“暂停 / 连续” 开关处于“连续”位置时 , 计数器继续累计计
12、数。当计数器递减计数到零 ( 即定时时间到 ) 时 , 控制电路应发出报警信号 , 使计数器保持零状态不变 , 同时报警电路工作。如图 2-7 所示.+5v+5VsaR2200R6 U10 20kNOTU7R5U888R70.61kSW250k4 R CQ 3DC 7cccc4 R CC VC VSW-SPSTQ 3DC 7335 CV5 CVU9U11R82.4kDD1532626D0Q0TR N THTR N TH1 D110 D29 D3Q1 2Q2 6Q3 7GG15551555AND_4U125124 UPTCU 13C310nFC410000nFC7220nF3311 DNTCDP
13、LC510nFNOT14 MR74LS192U13LS1SPEAKERC633100uD1LED-YELLOW图 2-7 光电报警电路当计数到零时,十位计数器Q3 端瞬间变化 0-9-0,形成一个低窄脉冲给辅助时序控制电路,此时扬声器发光二极管发出光电报警信号,完成报警功能,而在递减计数时,辅助时序控制电路接收高电平,不报警.NOT图 2-8辅助时序控制电路图（时钟信号控制电路）2.3.4 译码显示模块此模块主要是由 74HC4511 译码器和共阴极七段 LED 显示器组成，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段 LED 显示器从 24 递减到零的计数显示功能。7A1 B2 C6D345LT
14、 BILE/STBQA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14图 2974HC4511 译码器1. 74HC4511 是七段显示译码器，其管脚图如下图 2-9 所示。现将各管脚功能介绍一下：A、B、C、D 是 BCD 码的输入端；QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG 是输出端；试灯输入端 LT ：低电平有效。当 LT 0 时，数码管的七段应全亮，与输入的译码信号无关。本输入端用于测试数码管的好坏；动态灭零输入端 BI：低电平有效。当LT 1、BI0、且译码输入为 0 时， 该位输出不显示，即 0 字被熄灭；当译码输入不全为 0 时，该位正常显示。第三章实验体会本次课程设计是本人到
15、目前为止觉得最有意义也是收获最大的一次实习。身为电气工程系的学生，设计是我们将来必需的技能。而这次课设恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的平台。在本次课程设计中，我对 74HC4511、74LS192、555 等芯片加深了了解，和巩固了对它们的使用，对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理解，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。提高实践动手能力。大学中许多的时间都是在学习理论知识，很少参与时间中去，课程设计给我们提供了一个宝贵的机会，理论用语实践，从设计，仿真，每一步的进行，都会带来受益非浅的实际操作训练，许多的实践经验是我们在课本上学不到的，必须经过这样严格的自己动手，才会从中体会出设计成果的喜悦。理论知识总是要用于实践中才得以升华， 我们应该更多的参与实践，以增强我们对电子专业的兴趣。同时，从开发设计一些小规模产品去体会学习开发设计电子产品的设计思路，为以后的工作打下基 础。从通过理论设计，到仿真软件仿真，再到确定具体方案，最后到调试电路、成型。整个过程都需要我充分利用所学的知识进行思考、借鉴。可以说，本次课设是针对前面所学的知识进行的一次比较综合的检验。总的来说，这次课程设计非常充实。通过这次课程设计，让我明白学与用的区别，更让我明白了扎实的理论知识对实践的重要性。