华南理工大学数电课程设计篮球竞赛30s计时器.docx

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华南理工大学数电课程设计篮球竞赛30s计时器

华南理工大学广州汽车学院

数字电路课程设计报告

题目：

篮球竞赛30s计时器

专业：

电气工程及其自动化

班级：

06电气

（2）班

姓名：

学号:

同组队员：

指导老师：

一、设计目的

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。

用篮球竞赛30s计时器来表示，进攻方拥有30秒进攻时间，在限定的时间内必须投篮且篮球击中篮框，否者当作为例处理。

比赛中统计员可根据规则停止、继续或清零计数器，以规范球场秩序。

二、设计要求和设计指标

具有30s计时功能，并且能实时显示计数结果；

设有外部操作开关，控制计数器实现直接清零、启动以及暂停/连续工作等操作；

计时器为30s递减计时，计时间隔为1s；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。

三、总体框图设计

3.1功能结构示意图

秒脉冲发生器30s计数器单元译码显示

外部操作信号控制电路报警电路

3.2总体电路图

四、功能模块设计和原理说明

30秒定时器的总体参考方案框图所示。

它包括秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个部分。

4.1秒脉冲发生器

产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准，但本设计对此信号的要求并不是太高，电路可以采用555集成电路构成。

用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟：

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。

4.2输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算

tw1：

uC（0）=VCC/3V、uC（∞）=VCC、t1=（Ra+Rb）C、

当t=tw1时，uC（tw1）=2VCC/3代入三要素方程。

于是可解出

tw1=0.7（Ra+Rb）C

tw2：

uC（0）=2VCC/3V、uC（∞）=0V、t1=RBC、

当t=tw2时，uC（tw2）=VCC/3代入公式。

于是可解出

tw2=0.7RbC

振荡周期T=tw1+tw2=0.7（Ra+2Rb）C=1（s）

4.3计数器——完成30秒计时的功能

它是由两片74LS193（74LS192）的8421BCD码递减计数器构成。

74LS193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（00110000）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。

4.3.1接线图

4.3.274LS193引脚图

4.3.374LS193功能表

输     入

输   出

R  D0D1D2D3

Q0Q1Q2Q3

1  X   X   X   X  X  X  X

0  0   X   X   I0 I1 I2I3

0  1      1  X  X  X  X

0  1   1   1  X  X  X  X

0  1   1   1  X  X  X  X

0  0  0  0

I0I1I2 I3

加计数

减计数

保持

4.4单元译码显示电路

用74LS48和共阴极七段LED显示器组成，如下图。

74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线。

端为测试端。

在端接高电平的条件下，当=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，a～g输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。

端为灭零输入端。

在=1条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出a～g全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。

但当输入A、B、C、D不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。

端为消隐输入端。

该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端a～g均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。

另外，该端还有第二功能——灭零信号输出端，记为。

当该位输入的A、B、C、D=0000且时，此时输出低电平；若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。

若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。

例如对整数部分，将最高位的接地，这样当最高位为零时“灭零”，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零”功能；而对于小数部分,应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低位的接至高位的。

74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需外接限流电阻。

此处要是保持数码管不黑屏就将BI/RB0，RBI置1就可以了，LT是检查数码管的好坏的，如果不需要的话直接接高电平。

其他端口按照abcdefg的对应关系连接好以保证显示正确，确保接地成功。

4.4.174LS48接线图

4.4.274ls48引脚图

4.4.374ls48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

LT

RBI

DCBA

a

b

c

d

e

f

g

0

H

H

0000

H

1

1

1

1

1

1

0

1

1

H

x

0001

H

0

1

1

0

0

0

0

2

H

x

0010

H

1

1

0

1

1

0

1

3

H

x

0011

H

1

1

1

1

0

0

1

4

H

x

0100

H

0

1

1

0

0

1

1

5

H

x

0101

H

1

0

1

1

0

1

1

6

H

x

0110

H

0

0

1

1

1

1

1

7

H

x

0111

H

1

1

1

0

0

0

0

8

H

x

1000

H

1

1

1

1

1

1

1

9

H

x

1001

H

1

1

1

0

0

1

1

10

H

x

1010

H

0

0

0

1

1

0

1

11

H

x

1011

H

0

0

1

1

0

0

1

12

H

x

1100

H

0

1

0

0

0

1

1

13

H

x

1101

H

1

0

0

1

0

1

1

14

H

x

1110

H

0

0

0

1

1

1

1

15

H

x

1111

H

0

0

0

0

0

0

0

BI

x

x

xxxx

L

0

0

0

0

0

0

0

2

RBI

H

L

0000

L

0

0

0

0

0

0

0

3

LT

L

x

xxxx

H

1

1

1

1

1

1

1

4

4.4.4控制电路

完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/继续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。

此控制电路可以完成以下四项功能：

1、操作“清零”开关，要求计数器清零，

2、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”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“连续”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，同时报警电路工作。

同时应注意的是如图可以知道两个与非门构成的基本RS出发器，构成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，占停计时和继续计时。

4.4.6报警电路

可以用发光二极管组成。

当芯片2输出为低电平时发光二极管工作，发出报警。

五、给定条件及器件

1、集成电路：

74LS192（2片），74LS48（2片），NE555（1片）

2、电阻：

10kΩ4片，15kΩ68kΩ1kΩ各1片

3、电容：

10μF1片，0.1μF1片

4、其他器件：

发光二极管1只，共阴极七段LED显示器，双刀开关2只

六、总结

在这次数电课程设计中，运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程，我们通过亲自动手，学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，将课本上的知识与实际生活中的应用结合起来，运用平时积累的课程设计经验，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，首先选择这次课程设计的课题，分析电路设计的任务和要求，我们队选择了篮球30秒定时电路，然后就开始着手查阅资料，根据选择的课题的方向，我们分工去查找资料，然后汇总，最后得出了这份课程设计，同时在实践当中，我认识到书本上的知识是多么的薄弱，基础不扎实，导致实际动手去完成一个任务的时候遇到很多的困难，以后我会更加注重课本上的知识学习，然后和实际操作互相联系起来。

七.参考文献

1、康华光《电子技术基础（数字部分）》.高等教育出版社.北京2000年

2、余孟尝《数字电子技术基础简明教程（第二版）》，高等教育出版社，北京1999年

3、陈大钦《电子技术基础实验》，华中理工大学电子教研室，高等教育出版社，北京2000年

4、唐颖、马杰、王海云《数字电路》，重庆大学出版社，重庆2004年

5、毕满清《电子技术实验与课程设计（第三版）》，机械工业出版社，北京2006年