篮球竞赛30秒计时器..pdf

1 江汉大学物理与信息工程学院 课 程 设 计 报 告 课题名称：篮球竞赛30 秒计时器 专业： 电子与信息工程 班级： B08073011 学号：200807301138 学生姓名：胡志斌 指导教师：叶娅 2010 年12月31 日 2 目录 摘要. 3 一、设计目的 . 4 二、设计内容及要求 4 三、原理框图 . 5 四、单元电路设计 5 4.1 秒脉冲发生器 . 5 4.2 计数器 7 4.3 显示电路部分 . 7 4.4 辅助时序控制电路部分 . 7 4.5 报警电路部分 . 8 五、芯片功能说明 9 5.1 74LS192 芯片 9 5.2 555 芯片 9 5.3 CC40161 11 六、整机电路图 13 七、收获体会 . 13 八、参考文献 . 15 3 摘要 本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛 30 秒计 时器。此计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具 有光电报警功能，同时用了数码管来显示时间。此计时器有了启动、 暂停和连续功能，可以方便的实现断电计时功能， 当计数器减到零时， 会发出光电报警信号。 本设计完成的中途计时功能，实现了在许多特 定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的应用价值。 此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3 个组成：计时模 块、控制模块、译码显示模块。在设计此计时器时，采用模块化的设 计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。此电路是以时钟产生， 触发，倒计时计数，译码显示为主要功能，在此结构的基础上，构造 主体电路和辅助电路两个部分。 关键字 :计时器光电报警模块化 4 一、设计目的 1、 掌握篮球 30 秒计时器的设计、组装、调试的方法。 2、 熟悉相应中大规模集成电路的用法和工作原理。 二、设计内容及要求 用集成芯片设计一个篮球30秒倒计时的电路，要求具有以下功 能： 1、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、 连续的功能。 3、计时器为 30S递减计时，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。 5 三、原理框图 30 秒计时器的电路框图如图3.1 所示，它包括：定时电路，计数 电路，显示译码电，光电报警电路和控制电路。其中计时器是系统的 核心部分，它主要完成30 秒计数功能，由 74LS192 完成；控制电路 用来完成置数、清0、启动、暂停和继续的功能；定时电路用来控制 计数的周期，由 555 集成电路定时器来完成。 图 3-1 四、单元电路设计 4.1 秒脉冲发生器 1、 用 555 集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟，如图2 连接： 555 定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通 Vcc 通过电阻 R1.R2向电容 C充 电，其上电压按指数规律上升，当u 上升至 2/3Vcc，会使比较器 C1输出翻转， 输出电压为零，同时放电管T 导通，电容 C通过 R2放电；当电容电压下降到 6 1/3Vcc，比较器 C2工作输出电压变为高电平，C放电终止， Vcc 通过 R1 。R2又 开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外 接元件有关，不受电源电压变化影响。 U1 LM555CM GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI 2 VCC 5V R1 5.1k R2 4.7k C1 10uF C2 100nF VCC 1 2 3 0 图 2 多谐振荡器 输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算： tpH ： uC (0) = VCC /3 V、uC ( ) =VCC、 t1=(Ra+ Rb)C 、 当 t= tpH时，uC (tpH) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出 tpH=0.7(Ra+ Rb)C tpL ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC ( ) =0V 、 t1= RBC、 当 t= tpL时，uC (tpL) =VCC /3代入公式。于是可解出 tpL=0.7RbC 振荡周期 T = tpH+tpL=0.7 ( Ra + 2Rb) C =0.1 (s) 2. 用 CC40161构成 10 进制计数器，当周期为 0.1 秒的脉冲信号由下图 CP端进入计数器时，每隔10 个脉冲 CC40161 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。 7 4.2 计数器 它是由两片 74LS192的 8421BCD 码递减计数器构成。 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CP+端， 端接到下一级的 CP-端即可。 此计数器预置数为（ 0011 0000）8421BCD= （30）10。只有当低位 1 端发出借位 脉冲，高位计数器才做减计数。当高，低位计数器全为零时，且CPD 为 0 时，置 数端 2 ，计数器完成并行置数， 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。 4.3 显示电路部分 直接将两片 74LS192的 QA 、QB 、QC 、QD接到译码管的 A、B、C、D端，即可对 数字进行显示。 4.4 辅助时序控制电路部分 此控制电路可以完成以下四项功能： 8 1、操作“清零”开关，要求计数器清零；闭合启动1，减计时器进入计数状态。 2、闭合“启动 2”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动 2”开关，计数器开始进行递减计数。 3、当“暂停 / 连续”开关处于“暂停”是，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 4、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。 5. 下图控制部分，与非门T2，T4 人作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，当 T4输出为 1 时，T2关闭，封锁 CP信号；当 G4输出为 0 时，T2打开放行 CP信 号，而 T4的输出状态又受外部操作开关（启动2，暂停、连续）的控制。 6同时应注意的是如图可以知道两个与非门构成的基本RS触发器，构成去抖动 电路，防止产生机械开关的毛刺现象，并控制输入信号的输入从而达到，暂停计 时和继续计时。 控制电路中 SR锁存器功能表： S R Q Q 锁存器状态 0 0 不变不变不确定 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 保持 4.5 报警电路部分 当芯片 1 和 2 输出为低电平时，发光二极管工作，发出光电报警。 BO1和 BO2分别为两片 74LS192的 BO输出端 . BO1 BO2 9 五、芯片功能说明 5.1 74LS192芯片 74LS192引脚图 74LS192功能表 5.2 555 芯片 555定时器的内部电路框图及管脚排列分别如图1 和图 2 所示。 10 图 1 555 定时器的内部电路框图 图 2 555定时器的管脚排列 11 555定时器功能表 输入输出 复位 TH Q VT1状态 0 ××0 导通 1 1 截止 1 0 导通 1 原状态不变 下图是 555 多谐振荡器的工作波形 5.3 CC40161 12 CC40161 功能表 CP-计数脉冲D0 D3-数据输入端-清除端 Q0 Q3-输出端 -预置端 CTP、CTT- 使能端 13 六、整机电路图 U5 74LS192N A 1 5 B 1 C 1 0 D 9 U P 5 Q A 3 Q B 2 Q C 6 Q D 7 D O W N 4 L O A D 1 1 B O 1 3 C O 1 2 C L R 1 4 U6 74LS192N A 1 5 B 1 C 1 0 D 9 U P 5 Q A 3 Q B 2 Q C 6 Q D 7 D O W N 4 L O A D 1 1 B O 1 3 C O 1 2 C L R 1 4 U7 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 A1 555_VIRTUAL GND DIS OUTRST VCC THR CON TRI VCC 5V R1 4.7k R2 5.1k C1 10nF C2 10uF VCC 1 2 3 0 VCC 5V J1 Key = A U8A 74HC04D_6V U9A 74HC04D_6V U10A 74HC04D_6V U11A 74HC04D_6V U12A 74HC04D_6V U13A 74HC00D_6V U14A 74HC00D_6V U15A 74HC00D_6V U16A 74HC00D_6V U17A 74HC00D_6V U18A 74HC00D_6V 0 VCC 5V 28 29 VCC 5V R3 5.1k J2 Key = Space 0 VCC 5V R4 5.1k VCC VCC 5V VCC 5V LED1 VCC U1 DCD_HEX U2 DCD_HEX 4 5 67 8 9 10 11 0 VCC 13 14 15 16 12 18 42 19 21 22 17 20 VCC 0 VCC 23 24 R5 5.1k VCC 25 七、收获体会 课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。在两周与小组同学的 交流中，我认识到合作的重要性。 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。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和团队精神也增强了我其它方面的 14 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、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 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。 15 八、参考文献 1、康华光， 电子技术基础（数字部分） ，高等教育出版社，北 京 2000； 2、余孟尝，数字电子技术基础简明教程（第三版） ，高等教 育出版社，北京 2006。