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1、长春工业大学课 程 设 计说明书篮球竞赛 30 秒计时器设计设计工程：班级 / 学号： 学 生 姓 名:指 导 教 师:设 计 日 期：名目 论证21.1 设计原理1.2 设计方案1.3 各分电路功能分析1.3.1 计数器电路1.3.2 脉冲发生电路1.3.3 译码显示电路1.3.4 掌握电路1.4 仿真原理图二课程设计总结.三参考文献.附录电子技术课程设计任务书题目：具有数字显示的篮球竞赛 30S 计时器1. 任务要求设计一个篮球竞赛 30S 进攻时间限制计时器。2. 性能指标要求：（1） 工作时间可在 130S 内任意设定。230S 计时器是递减计时器，间隔为 1S。能用 LED 数码管显
2、示剩余工作时间，还能显示到 1/10 秒。即当计时开头时显示出所设定的总时间，每当计时 10 个 1/10S，显示器的数字马上减 1。(3减 1 计时到 7S 时，发出三声低音预报信号。(4) 减 1 计时到零时(工作时间到)，发出三声高声，并自动停顿计时。(5) 具有暂停/连续工作、清零复位和启动计时功能。3. 设计与测试按任务要求，设计电路，计算参数，选择元器件。依据所设计电路原理图， 选择所需元器件连接电路，并依据调试步骤进展调试。4. 成果要求(1) 课程设计说明书一本。要求：内容完整，图表完备，字迹工整，条理清楚，分析有据。(2) 所用元器件清单(3)电路实体和仿真。要求：电路必需有
3、仿真结果可利用Multisim 进展电路仿真分析，该电路实体必需是自己安装调试通过并到达性能指标要求的电路实体。参考器件：两片 74LS192、74LS00，叁片 74LS48，一片 555、74LS04、CC40161，共阴 LED 显示器 3 块，电阻、蜂鸣器、发光二极管等5. 辩论在规定时间内，完成表达并答复以下问题。前言电子课程设计是电子技术学习中格外重要的一个环节，是将理论学问和实践力量相统一的一个环节，是真正熬炼学生力量的一个环节。在很多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育竞赛，定时报警器、玩耍中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫掌握机、还可以用来做时间提示设备等等，
4、由此可见计时器在现代社会是何其重要的。篮球作为一项全民健身工程，已有肯定的历史。在中国，篮球很盛行，篮球竞赛也日趋职业化。篮球竞赛中有一项违例时间要用倒计时器，目前多数承受的是 24 秒制，但随着篮球制度的改革将会承受 30 秒制。有需要就会有市场，因此设计一款 30 秒计时器是格外有必要也格外有前景的。该款计时器是在原来的根底上把 24 秒制改为 30 秒制。该计时器要有递减计时及报警功能。因此符合竞赛中违例判罚的需要。在篮球竞赛中，规定了球员的持球时间不能超过 30 秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛 30 秒计时器”，可用于篮球竞赛中，用于对球员持球时间30 秒限制。一旦球员的持球
5、时间超过了 30 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 30 秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，掌握计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器全部显示为“0”；计时器为 30 秒递减计时其计时间隔为 0.1 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。整个电路的设计借助于 Multisim 10.0.1 仿真软件和数字规律电路相关理论学问，并在 Multisim 10.0.1 下设计和进展仿真，得到了预期的结果。电路设计原理与设计电路1.1 设计原理我们可以用 555 时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为 10Hz 的脉
6、冲，即输出周期为 0.1 秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数器 74LS192 的 CP 减 计数脉冲端,再通过译码器74LS48 把输入的8421BCD 码经过内部作和电路“翻译” 成七段a，b，c，d，e，f，g输出，显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或掌握电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能。1.2 设计方案经过初步的设计，可以确定该系统应包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、关心时序掌握电路(简称掌握电路)和报警电路等 5 个局部构成。其中，计数器和掌握电路是系统的主要局部。计数器完成 30s 计时功能，而掌握电路具有直接掌
7、握计数器的启动计数、暂停、连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能以及工作时间的调整。为了满足系统的设计要求，在设计掌握电路时，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，数码显示器显示零。当启动开关闭合时，掌握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，计数器开头计数； 当按下十位调整开关时，计数器加 1；当按下个位调整开关时，计数器同样加 1； 当暂停、连续开关拨在暂停位置上时，计数器停顿计数，处于保持状态；当暂停、连续开关拨在连续时，计数器连续递减计数。系统设计框图如图 1.1 所示。十位显示个位显示1/1
8、0 位显示译码器译码器译码器报警电路计数器计数器计数器脉冲发生器掌握电路图 1.1系统设计框图用于异步清零法分在此，提出两种方案，主要是针对脉冲发生电路。方案一是承受 555 构成的多谐振荡电路即脉冲产生电路，其电路原理图如图.。另一种方案是用 555 构成的多谐振荡器直接产生频率为 10Hz 的秒脉冲，原理图如图.5。相比较之下方案一的秒脉冲会稳定些，但由于电路参加了 74LS161频而使电路变得简单很多，而本次课设都是承受软件仿真的方式来验证最终结果的，因此不会存在由于元器件的误差而使结果受到影响的状况，因此没有必要用简单的电路来替代简洁电路就可以完成的功能的电路。所以本次课设承受其次种方
9、案来产生 10Hz 的秒脉冲。图.2方案一的秒脉冲发生电路.3 各分电路功能分析1.3.1 脉冲发生电路555 定时器555 定时器主要是通过外接电阻 R 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,以确定输出电平的凹凸和放电开关管的通断。这就很便利地构成从微秒到数格外钟的延时电路、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。图 2.2 是 NE555 的内部功能原理框图和内部管脚图图 1.3555 管脚图用 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 2.3(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
10、,利用电源VCC 通过R1 和R2 向电容器C 充电,使uC 渐渐上升,升到 2VCC/3 时,uO 跳变到低电平,放电端 D 导通,这时,电容器 C 通过电阻 R2 和 D 端放电,使 uC 下降,降到 VCC/3 时,uO 跳变到高电平,D 端截止,电源 VCC又通过R1 和R2 向电容器C 充电。如此循环,振荡不停, 电容器C 在VCC/3 和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图 2.3(b)所示。+VCCR184R2uc76 555 3215C0.01Ftw1tw2 Tuc2 Va3CC1 V3CCu0ouo0ttb图 1.4555 构成的振荡电路及即波形输出信号
11、 uO 的脉宽 tW1、tW2、周期 T 的计算公式如下:tW10.7(R1R2)CtW20.7R2C TtW1tW20.7(R12R2)C依据要求，该系统中要使 555 构成的多谐振荡电路产生 10Hz 的脉冲，因此 我 们 可 以 令 R1= 51k W ， R2= 49k W ， C= 970nF ， 得 到 周 期T=0.7 (51k + 2 49k ) 0.97 10-6 0.101s，即依据图 2.4 连接的电路就可以产生10Hz 的方波脉冲。图 1.5555 定时器构成的多系振荡电路1.3.2 计数器电路计数器是一个用以实现计数功能的时序规律部件，它不仅可以用来对脉冲进展计数，还
12、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规律功能。本次课程设计中选用 74LS192 来实现要求的减法计数功能。图 2.5 是74LS192 的管脚图。图 1.674LS192 管脚图74LS192 具有下述功能： 异步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。此功能可实现计数器的清零异步置数：MR=0， PL =0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。保持： MR=0， PL =1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0 保持原态加计数：CR=0,PL =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0 按加法规律计数减计数：CR=0,PL =1，CPU=1，CPD= CP，
13、Q3Q2Q1Q0 按减法规律计数依据课程设计任务书要求，需要计时 30s，并且显示到 0.1s，因此该设计中需要用到一个三进制的减法计数器和两个十进制的减法计数器。我们可以用三片74LS192 来实现这三个计数器。计数模块中的三片计数器的加计数器脉冲输入端都要接高电平，且要将低位片的借位信号加到高位片的减计数脉冲输入端。高位片计数器的借位信号掌握报警信号，在进展减计数时，借位信号始终为高。 30 秒倒计时计数电路可以依据图 2.6 连接。图 1.730 秒倒计时器的计数电路2.3.3 译码显示电路本次设计中我们用发光二极管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
14、也称 LED 数码管或 LED 七段显示器。由于计算机输出的是 BCD 码，要想在数码管上显示十进制数，就必需先把 BCD 码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我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承受了常用的 74LS48。图 2.7 是 74LS48 的外部管脚图图 1.874LS48 管脚图七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个关心掌握端，以增加器件的功能。 它有 3 个关心掌握端 LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下：灭灯输入 BI/RBOBI/
15、RBO 是特别掌握端，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，全部各段输入 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，全部各段输出 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。动态灭零输入 RBI当 LT1，RBI0 且输入代码 DCBA0000 时，各段输出 ag 均为低电平， 与 BCD 码相应的字形 0 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
16、 RBO=0。动态灭零输出 RBOBI/RBO 作为输出访用时，受控于LT 和 RBI。当LT1 且 RBI0，输入代码DCBA=0000 时，RBO=0；假设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。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 码打算的， 并且满足显示字形的要求。74LS48 的功能表如下：十进数或功能输入输出BI/RBOLTRBID C B Aabc74LS48 功能表defg0HH0 0 0 0H1111
17、1101Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL0000000RB
18、IHL0 0 0 0L0000000LTLxx x x xH1111111表 1.1 74LS48 的功能表本次设计的译码显示电路可以依据图 1.9 连接电路图 1.9 译码显示电路2.3.4 掌握电路报警电路任务要求在计时器倒计时到 7 秒时发出低声警报，在倒计时到 0 秒时发出高声警报，因次我们可以将 192 的输出端依据以下图连接，当 192 的高位到低位输出 0000 1110 xxxx 时即倒计时到 7 秒时可发出报警。当计时到 0 秒时最高位 192 的借位 BO 会由高电平跳变为低电平，蜂鸣器导通，这样就产生了报警信号。因此，依据图 1.10 也可以使蜂鸣器发声报警。图 1.10
19、报警电路暂停、置位、清零、十位调整、个位调整掌握电路暂停/连续 可以通过在将借位信号和暂停/连续掌握信号和时序脉冲信号加到一起相与之后作用到 1/10 位计数器减计数脉冲输入端，即实现计数器递减计数到零时，显示器不灭灯。连接电路如图 2.10 的“暂停”，当开关打到低电寻常计时器暂停，当开关打到高电寻常计时器正常计时。启动置位可通过 192 的 异步置数：MR=0PL =0 时，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0来使计时器置位启动。LCAD即 PL 端的置位功能连接如图图 1.11。清零 可以通过 192 的 异步清零：MR=1 时，Q3Q2Q1Q0=0000 来使计时器清零。CLR即 MR端
20、的清零功能的电路连接如图图 1.11。十位调整通过给十位 192 的加法计数的 UP 端产生脉冲来实现十位的加调整。个位调整通过给个位 192 的加法计数的 UP 端产生脉冲来实现个位的加调整。十位调整、个位调整掌握电路图如图图 1.11图 1.11掌握电路2.4 仿真原理图具有数字显示的篮球竞赛30S 计时器的设计主要分为五个模块：时钟模块即秒脉冲发生模块、计数模块、译码显示模块、关心时序掌握模块简称掌握电路和报警电路，总体仿真电路如以下图图2.11 的输出端连接到 图 2.12 的输入。翻开仿真软件 Multisim12.0 按要求在 Multisim12.0 里连接好如下图的电路后就可以
21、按下 F5 就可以进展电路仿真了，由于仿真界面的限制，此次课程设计的仿真分为了两局部完成。脉冲发生电路图 1.12和倒计时的总体电路图 2.12。在脉冲发生电路仿真中我们可以用示波器来观看产生的脉冲是否为 10Hz。而在整体电路的仿真局部用一个 10Hz 的脉冲源替代了脉冲发生电路，最终的仿真结果是：计时器可以从 30 倒计时到 0 停顿，并且在倒计时到 7 时发出低声报警，在倒计时到 0 时发出高声报警。同时也可以通过图中的开关按钮来完成时间的调整、置位、清零和暂停。图 1.12脉冲发生电路图 2.1230 秒倒计时器整体电路图小结：该篮球竞赛 30S 计时器的设计主要分为五个模块：时钟模块
22、即秒脉冲发生模块、计数模块、译码显示模块、关心时序掌握模块简称掌握电路和报警电路，其中计数模块中的三片计数器的加计数器脉冲输入端都要接高电平，且要将低位片的借位信号加到高位片的减计数脉冲输入端。高位片计数器的借位信号掌握报警信号，在进展减计数时，借位信号始终为高，此过程报警信号不工作， 当计数器减计数到零时，借位信号变为低，蜂鸣器导通，这样就产生了报警信号。这是该计时器的一个简洁的工作流程。二课程设计总结课程设计所需要学问都是根底性的，本小组同学通过一周的探讨与查资料， 我生疏到合作的重要性。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。
23、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力量，培育了我的寻求解决问题的力量和团队精神也增加了我其它方面的力量。在设计中，我充分应用我们所学的学问，例如：集成电路74LS 系列、三极管、二极管、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，特别好玩，培育了我的设计思维，增加了我的实际操作力量。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欢快。这次设计所用的的工具是 Multisim12.0,安装了语言包之后操作起来得心应手，所以画图和仿真就比较便利，使设计的质量得到了
24、保证。本次课程设计提高了我的综合动手力量和工程设计力量，它使我的理论学问得到了综合应用，培育我综合运用所学理论的力量和解决较简单的实际问题的力量。电子技术进展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，以及智能化。用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。我们必需时代的进展，这使我们必需要扩展自己的学问，并利用计算机来关心分析和设计，这对我们是有益的。 课程设计的自主设计、学习和争论过程中，通过写课程设计的总结报告，初步训练我的书面表达力量。组织规律力量，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步进展帮助较大。同时也加强了对课本学问的理解，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学问的缺乏，激发了我的自学力量和应对挑战的力量。为今后学习打下了良好的根底，也培育了我们严谨务实的作风。附录：所需电器元件1.芯片：LM555 一片 ，74LS00 一片，74LS02 一片,74LS11 一片，74LS192 三片，2.电阻：51K一个 ， 49K 一个，300 二十一个74LS48 三片，3.电容：970nF 一个，10nF 一个4.三极管：2N6751 两个5.开关：单刀双掷开关 五个5. 共阴数码管：三个6. 蜂鸣器：两个参考资料阎石 数字电子技术根底第五版长春工业大学数电课程指导书长春工大电气试验指导书