电子技术课程设计篮球s计时器的设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电子技术课程设计篮球s计时器的设计.精品文档.课程设计名称： 电子技术课程设计 题 目： 篮球竟赛30s计时器设计 专 业： 电气工程与自动化班 级： 电气09-2 姓 名： 张瑞 学 号： 09005040229 课程设计任务书一、设计题目 篮球竞赛30s计时器设计二、设计任务 1具有显示30s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计时器，其计时间隔为1s;4 计时器计时到最大值（或最小值）时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。 三、设计计划电子技术课程设计共1周。第1天：查资

2、料；第2天：方案分析比较，确定设计方案；第3天：电路设计；第4天：修改设计；第5天：编写整理设计说明书。四、设计要求1.画出整体电路图。2.写出设计说明书。3.同组同学的设计不能雷同。4.电路图必须亲自绘制。指 导 教师: 刘桂芬教研室主任：时 间：2011 年 6 月 16日摘要 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，同时应用了七段数码管来显示时间。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的特定场合

3、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，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。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 前言人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会的发展离不开电子产品的进步。随着工业水平的进步和人民生活水平的提高，在很多领域都需要几个甚至上百个定时电路去控制多项操作，从而实现工业生产的自动化，最终提高劳动生产率促进经济的发展。

4、定时器在实际工作中用到的场合很多，它成为今天工业控制领域、通讯设备、信息处理以及日常生活中最广泛使用的电路之一，在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒，用于各种竞赛的计时器、竞赛用定时器、数控电梯、数控机床、交通灯管理系统、各种智能医疗器械等，定时器是家用电器中的常用产品。随着电子技术的高速发展和计算机技术的普遍应用，电子设计也越来越普遍地应用于整个电子行业中。电子设计是人们进行电子产品设计、开发和制造过程中十分关键的一步，其核心就是电子电路的设计。电子设计自动化

5、(EDA)是在电子产品向更复杂、更高级，向数字化、集成化、微型化和低耗能方向发展过程中逐渐产生并日趋完善的电子设计方法，在这种方法中，设计过程的大部分工作（特别是底层工作）均由计算机自动完成，是电子技术发展历程中产生的一种先进的设计方法，是当今电子设计的主流。在篮球比赛中，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”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒限制。一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。定时器的应用范围极为广泛，其中首推由555构成的定时电路。集成器件555芯片是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路，

6、其逻辑功能强，使用灵活，可方便组成多种逻辑功能电路，能够更加简单更加快捷的实现定时功能，满足在日 常生产和生活中的要求，所以555定时器电路在各个领域的应用及其广泛，在数字电 路中占有重要位置，受到人们的普遍重视。本设计的秒脉冲发生器就是用由555构成 的定时电路。目录摘要 4前言 5第一章 计数器概述 71.1 计时器的特点及应用 71.2 设计任务及要求 71.2.1 基本要求 71.2.2 设计任务及目标 71.2.3 主要参考器件 7第二章 电路设计原理 82.1电路组成 8 2.2 设计思路 8 2.3 设计方案 8第三章 单元模块 93.1秒脉冲发生器 10 3.11计时器的基本原

7、理 10 3.1.2秒脉冲发生器电路设计 113.2 8421BCD码递减计数器模块12 3.2.1 74LS192的工作原理 123.2.2计数器单元电路133.3译码显示器 143.3.1 74LS48七段显示译码器 143.3.2共阴极七段LED显示器163.4辅助控制电路 173.4.1报警电路173.4.2暂停工作电路173.4.3置数工作电路193.4.4清零工作电路19总电路20第四章 总结21参考文献22第一章 计时器概述 1.1 计时器的特点及应用 随着社会文明的进步和科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域占有不可或缺的核心地位。在我国现代化建设的发展进程

8、中，数字电子技术在国民经济和科学研究各个领域的应用也越来越广泛。而计时器恰恰是数字电子技术的一个重要组成部分，计时器是一个用来实现计数功能的时序部件，它不仅可以用来计脉冲个数，还常用来做数字系统的定时、分频，执行数字运算，以及其他特定的逻辑功能等等。 计时器的种类很多。按构成计时器的各触发器是否使用同一个时钟脉冲源来分，可以分为同步计时器和异步计时器。根据计时制的不同，可以分为二进制、十进制和任意进制计时器。根据计时器的增减趋势，又可以分为加法、减法和可逆计时器。还有可预置数和可编程序功能计时器等等。目前，无论是TTL还是CMOS集成电路，多有品种较齐全的中规模集成计时器，使用者只要借助于期间

9、手册提供的功能表和工作波形图及管脚图排列，就能正确地使用这些器件。1.2 设计任务及要求 1.2.1 基本要求：（1）具有显示30s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计时器，其计时间隔为1s;(4)计时器计时到最大值（或最小值）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： NE

10、555 74LS192 74LS48 第二章 电路设计原理2.1电路组成30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30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报警电路外部操作开关图2-1 30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集成电路或由TTL与非门组

11、成的多谐振荡器构成。 译码显示电路由74LS48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代替。 2.2设计思路定时电路主要由振荡器和计数器组成。该电路设计思路如下：1设计一个秒脉冲发生器，这里采用555定时器来产生这个计时脉冲。2设计30秒递减计时电路，由秒脉冲发生器控制其计数，每隔1秒钟，计数器减1。3设计译码显示电路，显示器能显示计数器的即时计数数值。4设计报警电路，当计数器递减计时到零时（即定时时间到，显示器上显示00），发出报警信号。5设计外部操作开关控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计时。23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3

12、0s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“30”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。如果根据实验所提供的参考器件，还可在秒脉冲发生模块上做些变化，前者产生的脉冲周期直接是1秒；如果让其产

13、生的秒脉冲频率为10Hz，触发脉冲输出的方波周期为0.1秒，再将该脉冲信号送到由74LS161构成的十分频器，由74LS161输出的脉冲周期为1秒，再将该信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端。如此就可得到两个方案，由于两方案原理相同，故本设计只采用其一所述，即直接由555多谐振荡器产生脉冲周期为1秒的脉冲。 第三章 单元模块根据设计思路和原理框图，对各个单元电路进行分析，逐次设计出各个单元电路。3.1 秒脉冲发生器555定时器内部结构图如图3.1所示。3.1.1 555定时器电路的基本原理图3.2 555定时器逻辑符号和引脚图3.1 555定时器内部结构由3.1图可以看出，555内部

14、结构包括两个电压比较器C1和C2，一个基本RS触发器和一个集电极开路的放电三极管TD三部分构成。VI1是比较器C1的反相输入端，也称阈值端，用TH表示。VI2是比较器C2的同相输入端，也称触发端，用TR表示。VR1和VR2是C1和C2的基准电压，VCO是控制电压输入端，当VCO悬空时，VR1=2/3VCC，VR2= 1/3VCC。若VCO接固定电压时，VR1=VCO， VR2=1/2VCO 。/RD是清零端，当/RD=0时，VO=0；当/RD=1时，电路处于工作状态。555定时器的逻辑功能主要取决于比较器C1、C2的工作状态，分析如下，在无外加控制电压VCO的情况下：1、当VI1VR1，VI2

15、VR2时，比较器输出VCl=0，VC2=1，触发器置0，使得定时器输出VO=0，同时TD导通。2、当VI1VR1，VI2VR2时，比较器输出VC1=1，VC2=0，触发器置1，使得定时器输出VO=1，同时TD截止。3、当VI1VR2时，比较器输出VCl=1，VC2=1，触发器维持原状态不变。根据以上分析，可得到555集成定时器功能状态表，如表3.1所示。表3.1 555定时器控制功能表输 入输 出THVODisVCCVCCVCCLHHHLH不变L导通截止不变导通为了提高电路的负载能力，在输出端接缓冲器G4。TD与/R接成的反相输出端VO与VO在高、低电平状态上完全相同。3.1.2 秒脉冲发生器

16、电路设计555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路， 可产生各种脉冲,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构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如图3.3示.其中555管脚图如上图3.2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 。 因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取15k欧姆,R2取65k欧姆,电容取C为10uF.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为1秒.48162357R1R2C555uoVCC0.1uF10uF47K51K图3.3 55

17、5多谐振荡电路图3.2 8421BCD码递减计数器模块计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制可编程同步加/减计数器，它采用8421码二一十进制编码，并具有直接清零、置数、加/减计数功能。74LS192的功能表如表3.2所示。输出输入MRLDCPUCPDP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba011XXXX加计数011XXXX减计数表3.2 74LS192功能表3.2.1 74LS192的工作原理当/LD= 1，CR=0时，若时钟脉冲加入到CPu端，且CPd=l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，/CO端

18、发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加入到端CPd，且CPu=1，则计数器在预置数基础上完成减计数功能，当计数减到0时，/BO端发出借位跳变脉冲。由74LS192构成的三十进制递减计数器如图3.4所示。图3.4 三十进制递减计数器图中CPU、CPD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。/LD是异步并行置数控制端（低电平有效）。/CO、/BO分别是进位、借位输出端（低电平有效）。CR是异步清零端，D3D0是并行数据输入端，Q3Q0是输出端。3.2.2 计数器单元电路74LS192的计数原理是：只有当借位/BO1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CPd为0

19、时，置数/LD2端等于0，计数器完成并行置数，在CPd端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。计数器单元电路如图3.5所示。3.5 计数器单元电路 该电路图上的两个74192的输出端分别接译码器7447的ABCD端作为译码输入，计数器预置数为30，但计数器减为00时，高位的计数器/BO端输出报警信号报警电路报警。3.3 译码显示电路 此模块主要是由74LS48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30递减到零的计数显示功能。3.3.1 74LS48七段显示译码器其管脚图如下图3.6所示。现将各管脚功能介绍一下： A、B、C、D是

20、BCD码的输入端； a,b,c,d,e,f,g是输出端； 试灯输入端：低电平有效。当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：低电平有效。当1、0、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。本输入端用于 消隐无效的0。如数据0034.50可显示为34.5；灭灯输入/动态灭零输出端：这是一个特殊的端钮，有时用作输入，有时用作输出。当作为输入使用，且0时，数码管七段全灭，与译码输入无关。当RBOBI/作为输出使用时，受控于和：当1且0时，0；其它情况下1。本端钮主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连

21、接。图3.6 74LS48管脚图74LS48功能表：74ls48引脚功能表七段译码驱动器功能表十进数或功能输入BI/RBO输出备注 LTRBID C B A abcdefg0HH0 0 0 0H111111011Hx0 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 1H00

22、1100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL00000002RBIHL0 0 0 0L00000003LTLxx x x xH111111143.3.2 共阴极七段LED显示器共阴极七段LED显示器是较常用的显示数码管，但在使用时要注意的是：1.看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，最好在焊之前用万电用表测一下它的极性，其管脚图如下图2-10所示，如果为共阴极的，其管脚COM端接地；如果为共阳极的，起管脚COM段要接高电平。2.还要注意在数码管电路上

23、加上一保护电阻，起限电流的作用。图3.7 共阴极七段LED显示器管脚图3.4 辅助控制电路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“清零”开关，要求计数器清零；闭合启动，减计时器进入计数状态。闭合 “启动” 开关时 , 计数器应完成置数功能 , 显示器显示 30 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“暂停 / 连续” 开关处于“连续”位置

24、时 , 计数器继续累计计数。 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。3.4.1 报警电路报警电路用二极管设计。报警电路如图3.8所示。图3.9 光电报警电路图3.8 报警电路当计数到零时,两计数器借位端输出多为低（0）,故本设计将高位片借位反馈到二极管负极性端,此时+5V电源经1k电阻使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,端输出为高（1）,二极管不报警.3.4.2 暂停/连续电路（时钟信号控制电路）暂停/连续电路如图3.9所示。图 3.9 暂停/工作电路（时钟信号控制电路）同时应注意的

25、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：SRQQ锁存器状态00不变不变不确定01010101011100 保持 接 74LS192 的预置数控制端, 当开关 合上时 , =0,74LS192 进行置数 ; 当 断开时, =1,74LS192 处于计数工作状态 , 从而实现功能的要求，当然本设计只要将启动信号直接加到置数端。图3.9是时钟脉冲信号 CP 的控制电路 ,控制 CP 的放行与禁止。当定时时间未到时 ,74LS192 的借位输出信号路 , =1, 则 CP

26、信号受 “暂停 / 连 续” 开关的控制 , 当处于“暂停” 位置时 ,门 输出 0, 门 关闭 , 封锁 CP 信号 , 计数器暂停计数 ; 当 处于 “连续”位置时 , 门 输出 1, 门 打开 , 放行 CP 信号 , 计数器在 CP 作用下 , 继续累计计数。 当定时时间到时 =0, 门 G2 关闭, 封锁 CP 信号, 计数器保持零状态不变。从而实现了功能、的要求。注意 ,是脉冲信号 , 只有在 保持为低电平时,输出的低电平才能保持不变。至于功能的要求, 可通过控制 74LS192 的异步清零端CR 实现 ( 图中未画出 ) 。3.4.3 置数/工作电路由于置数为“30”，所以要将高

27、、低电平加在两片74LS192组成的30进制计数器的输入端D、C、B、A的相应端。第一片74LS192的DC端接高电平，BA端接低电平；第二片74LS192的四个输入端均接低电平；两片74LS192的/LOAD端均接高电平。当开关闭合时，计数器置数，数码管显示“30”字样；当开关断开时，计数器开始进行计数。3.4.4 清零/工作电路 清零/工作电路由单刀双掷开关与电阻组成。当开关打到清零端，即接高电平时，输出高电平至74192的CLR端，计数器清零；当开关打到工作端，即接地，输出低电平至74192的CLR端，清零端无效，计数器处在工作状态。总电路图注：此处用数码管代替了译码显示管与七段显示管第

28、四章 总结心得体会我很爱运动，尤其是篮球，所以这次课程设计我选择了篮球30秒计时器的设计。通过本次课程，使我所学的理论在实践中得到检验，使我对专业理论的掌握更加深刻。一开始在自己动手操作的时候遇到了很多以前没有想到的问题，比如在做简单的脉冲电路时，刚开始做的时候怎么都不可行，特别的不解，后来经过几次修改电阻值，上网查阅资料才得到理想结果。在设计过程中，最让我头疼的就是参数的设定了，而每次只要是参数不正确，就不可能得到预期的结果，设计也会停滞不前。我在这期间花费了很长时间，不懂得就问问同学和老师，好在都解决了问题，通过这些问题的解决使自己处理实际问题的能力进一步提高，让自己充分认识到了理论与实际

29、之间的差别。身为电气专业的学生，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。从通过理论设计，再到确定具体方案。整个过程都需要我充分利用所学的知识进行思考、借鉴。通过此次电路设计，我加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法也有了一定的初步认识，更加深了我对本专业的认识，同时，为了这次课程设计的顺利完成，我参阅了大量资料，由此加深了书本中各种器件的认识了解，一些以前忽略的地方也让我重新重视。做好了设计，对自己以后的工作和学习都是一笔不菲的财富。在设计过程中我走了很多弯路，常常用错器件，并且思维还没达到一定高度，对一些问题的解决还是有困难，这就说明还有很多我们根本就不知道的知识，而我们以后所要做的，就是一点点一滴滴充实自己，提高自己通过此次课程设计，我受益匪浅,不仅学到了很多书本上没有的东西，更是拓展了自己的知识面，发现还有很多重要的东西自己没有掌握，学习是没有止境的，在以后的学习中我会多加注意这点，自己学的多越是充实自己。主要参考文献1 康华光主编.电子技术基础（模拟部分）.第四版.北京：高等教育出版社，20012 康华光主编.电子技术基础（数字部分）.第四版.北京：高等教育出版社，20013 彭介华主编.电子技术课程设计指导. 北京：高等教育出版社，19984 张玉璞，李庆常电子技术课程设计M北京：北京理工大学出版社