课程设计任务书篮球24秒计数器设计.docx

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课程设计任务书篮球24秒计数器设计

1.设计方案

本电路主要由五个模块构成：

秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路，主要采用555作为振荡电路,由74LS192、74LS48和七段共阴LED数码管构成计时显示电路,具有计时器直控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。

当控制电路的置数开关闭合时，在数码管上显示数字24，每当一个秒脉信号输入到计数器时，数码管上的数字就会自动减1，当计时器递减到零时，报警电路发出光电报警信号。

1.2电路组成

电路由秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助控制电路五部分组成,见图1。

图1

1.3工作原理

由555定时器输出秒脉冲经过U9A和U8A入到计数器U2的CPD端,作为减计数脉冲。

当计数器计数计到0时,U2的（13）脚输出借位脉冲使十位计数器U1开始计数。

当计数器计数到“00”时发光二极管亮,即光电报警。

按下K1时,计数器置数为“24”，松开K1，计数器开始计数。

若按下K2,计数器暂停计数,松开K2计数器继续计数。

按下K3为直接清零。

注：

U9A为74ls10，U8A为74ls04，U1、U2为74ls192.

1.3.1译码显示电路

用发光二极管（LED）组成字型来显示数字。

这个数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。

因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进数，就必须先把BCD码转换成7段型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采用了常用的74LS48。

数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成，如图2所示。

图2

数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。

如图3表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示0—9等阿拉伯数字。

在实际实用中，10—15并不采用，而是用2位数字显示器进行显示,译码驱动74LS48和7段共阴数码管组成。

74LS48译码驱动器具有以下特点:

内部上拉输出驱动,有效高电平输出,内部有升压电阻而无需外接电阻。

图3

如前所述，分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。

因此，为了使数码管能将数码所代表的显示出来，必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段，见图4。

例如，对于8421码的0011状态，对应的十进制数为3，则译码驱动器应使a、b、c、d、g各段点亮。

即对应于某一组数码，译码器应有确定的几个输出端有信号输出，这是分段式数码管电路的主要特点。

图474ls48引脚分布图（左）及对应灯状态（右）

七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。

该集成显示译码设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。

它有3上辅助控制端LT、RBI、BI/RBO，现简要说明如下表1。

表174ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能

灭灯输入BI/RBO

BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。

当BI/RBO作输入使用且BI=0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入a—g均为0，所以字形熄灭。

试灯输入LT

当LT=0时，BI/RBO是输出端，且此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a—g均为1，显示字型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LT=1，RBI=0且输入代码DCBA=0000时，各段输出a—g均为低电平，与BCD码相应的字形0熄灭，故称“灭零”。

利用LT=0与RBI=0可以实现某个一位的“消隐”。

此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。

动态灭零输出RBO

BI/RBO作为输出使用时，受控于LT=1且RBI=0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0：

若LT=0或者LT=1且RBI=1，则RBO=1。

该端主要用于显示多位数字时，多个译码器间的连接。

从功能表还可以看出，对输入代码0000，译码条件是：

LT和RBI同时等于1，面对其它输入代码仅要求LT=1，这时候，译码器各段a—g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。

1.3.2计数电路

计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。

计数器种类很多。

按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，有同步计数器和异步计数器。

根据计数制的不同，分为二进制计数器，十进制计数器和任意进制计数器。

根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。

还有可预置数和可编程序功能计数器等等。

74LS192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。

如图5为74LS192的引脚图。

图5

LD—置数端

CPU—加计数端

CPD—减计数端

CO—非同步进位输出端

BO—非同步借位输出端

D0、D1、D2、D3—计数器输入端

Q0、Q1、Q2、Q3—数据输出端

CR—清除端

表2为74LS192同步十进制逻辑功能表：

表274LS192逻辑功能表

输入

输出

CRLDCPUCPDD3D2D1DO

Q3Q2Q1Q0

1XXXXXXX

00XXdcba

01↑1XXXX

011↑XXXX

0111XXXX

0000

dcba

加计数

减计数

保持

当清除端CR为高电平“1”时，计数器直接清零；CR置低电平则执行其它功能。

当CR为低电平，置数端LD也为低电平时，数据直接从置数端D0、D1、D2、D3置入计数器。

当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。

执行加计数时，减计数端CPD接高电平，计数脉冲由CPU输入；在计数脉冲上升沿进行8421BCD码十进制加法计数。

执行减计数时，加计数端CPU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD输入。

此实验我们用到计数器由两片74LS192同步十进制可逆计数器构成。

利用减计数CR=0,LD=1,CPD=1,实现计数器按8421码递减进行减计数。

利用借位输出端BO与下一级的CPD连接,实现计数器之间的级联。

利用预置数LD端实现异步置数。

当CR=0,且LD=0时,不管CPU和CPD时钟输入端的状态如何,将使计数器的输出等于并行输入数据,即Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。

1.3.3脉冲信号发生电路

脉冲信号发生电路由555定时器构成的多谐振荡器产生。

多谢振荡器如图6：

图6多谐振荡器的组成（a）及时序图（b）

555电路要求R1与R2均应大于或等于1KΩ，但R1＋R2应小于或等于3.3MΩ。

由NE555构成的多谐振振荡器。

接通电源后，电容C2被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时Vo为低电平，电容C2放电，使Vc下降，当下降至1/3Vcc时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。

当C2放电结束时，T截止，电容器充电，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波

产生的一秒信号脉冲如图7

图7

1.3.4时序控制电路

此控制电路可以完成以下四项功能：

1、操作“清零K3”开关，要求计数器清零。

2、闭合“K1”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示24，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。

3、当“暂停/连续K2”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“连续”开关，计数器继续累计计数

注：

K1实现置数/计数功能,K2实现连续/暂停，K3为清零键。

当显示减为00时高位BO端发出借位脉冲，使低位芯片无脉冲输入，电路停止计数，同时LED发出报警信号。

控制电路如图8

图8

1.3.5报警电路

当芯片U1输出为低电平时发光二极管工作，发出报警。

如图9：

图9

1.4总体电路

图10

2.主要元件表

芯片数量

741922片

74482片

555定时器1片

其他：

发光二级管1个

0.01uF电容1个

100uF电容1个

门若干

电阻若干

3.设计主要参数计算

555电路要求R1与R2均应大于或等于1KΩ，但R1＋R2应小于或等于3.3MΩ。

多谢振荡器周期：

T＝tw1＋tw2，tw1＝0.7（R1＋R2）C，tw2＝0.7R2C

其频率为：

f=1/（t1+t2）f=1.44/（R1+2R2）C

在这里我们选择R1=44K，R2=50K，C2=100uf，即可达到要求。

4.设计结果

4.1置数与计数功能

图11

4.2暂停功能

图12

4.3清零功能

图13

4.4报警功能

图14

5.心得体会

1.首先，在本次课程设计中，让我们加深了对74LS192、74LS48、NE555等芯片了的了解以及巩固了对它们的使用，对于数字电路的综合运用也有了更深一步的理解，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。

对于192芯片，由于要求的是倒计时，所以选取的十进制可逆计数74LS192，由于要求计数到零要进行报警，所以要弄清出计数到零的标志是什么，即为十位的借位端出现借位信号（到达00后个位向十位借位，十位不够就向高位借位，因此十位的借位端出现低电平），这也为后面的报警电路部分提供了思路。

2.其次，实现暂停功能的原理和计数到零后差不多，所以自然想到了用三输入的与门将这两路和提供CP脉冲的555定时器的输出端相连。

3.在本次课程设计中也提高了我们对仿真软件Multisim的熟悉程度及应用能力，在实验设计中也曾遇过一些问题：

例如开始LED并未接电阻就直接接地对地短路，导致LED无法显示，在接电阻时还应该考虑阻值的大小，这也会影响LED的亮暗情况。

4.在实验中正确的思路很重要，只有设计思路正确，设计才有可能成功，所以我们在设计前必须做好充分的准备。

这次实践无论是从知识上还是其他方面都让我们受益匪浅，上课的时候，只能从理论的角度去理解，而考试也不能真正了解所学的知识，正所谓实践是检验真理的唯一标准，知识只有在不断的实践中才能得到理解和升华，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。

5.这次实践也让我们体会到团队与合作的力量，当遇到不会或设计不出来时，我们及时讨论以及询问相关同学是问题得到了解决，有了团队会有更多的理念，更多的思维，更多的情感。

但是，由于这次时间紧张，没有自己动手做出成品，也是一件很遗憾的事情。

总的来说，这次课程设计收获很大，也让我们深深的体会到自己所学知识的不足，激发了我们的自学能力和应对挑战的能力，为今后的学习打下了坚实的基础，培养了我们严谨务实，戒骄戒躁的作风。

6.参考文献

1.《数字电子技术》韩炎主编，电子工业出版社。

2.《数字电子计数》岩石主编，高等教育出版社。

3.《电路》邱关源主编，高等教育出版社。

4.《电子技术基础数字部分》康华光主编，高等教育出版社。

5.《电路设计与仿真》杨欣，王玉风，刘湘黔主编，清华大学出版社。