数电报告30秒计时器DOC.docx
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数电报告30秒计时器DOC
简介
简介
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，计时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。
电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。
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药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。
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。
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，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯；计时器为30秒递减计时其计时间隔为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。
同时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。
关键词：
同减计数器74LS192D，LM555定时器，LED数码管
1系统组成原理
本课程设计主要包括秒脉冲发生电路、计数电路、数码显示电路和报警电路，控制电路是由各外部操作开关组成，而秒脉冲发生器是由555定时器构成，计数电路则由计数器组成。
其设计原理构图如下：
图1-1系统组成原理框图
脉冲冲发生器、计数器、译码显示电路、报警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。
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。
当启动开关闭合时，555振荡器将产生的信号送至计数器的DOWN信号输入端，减计数器开始工作，完成30秒计时功能。
秒脉冲发生篮球30秒计时器的总体参考方案框图如图2.1所示。
它包括控制电路、秒脉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。
报警电路在设计中可用发光二极管代替。
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30s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；为了简单起见，将暂停与连续的控制开关放在555电路模块中，通过控制脉冲信号的传送来达到相应的目的。
当计数器CLR端输入高电平时清零
2元器件的选择
2.1计时器电路元器件的选择
在数字系统中使用的最多的时序电路要算是计数器了。
计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。
计数器的种类非常多。
如果按计数器中的触发器是否同时翻转分类，可以将计数器分为同步式和异步式两种。
在同步计数器中，当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同时发生的。
而在异步计数器中，触发器的翻转由先有后，不是同时发生的。
在设计中我们选择的是同步加/减计数器74LS192。
它是双时钟同步可逆计数器，是8421BCD码计数，其详细引脚图及功能表如下：
图2-174LS192引脚图
表2.174LS192功能表
输入
输出
CR
LD
CPU
CPD
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
X
X
X
X
X
X
X
O
0
0
0
0
0
X
X
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
1
X
X
X
X
保持
0
1
1
X
X
X
X
加计数
0
1
1
X
X
X
X
减计数
表中CR是清零端，LD是置数端，CPU是加计数时钟输入端，CPD是减计数时钟输入端，D3﹑D2﹑D1﹑D0都是计数器预置数输入端，Q3﹑Q2﹑Q1﹑Q0都是数据输出端，另外，C0是非同步进位输出端，BO是非同步借位端输出端。
2.2译码显示电路元器件的选择
七段发光二极管（LED）数码管
LED数码管是目前最常用的数字显示器，图4.4.1（a）及（b）所示为共阴管及共阳管的引脚功能图和电路。
一个LED数码管可用来显示一位（0～9）十进制数和一个小数点。
小型数码管每段发光二极管的正向压降随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略差别，通常约为2~2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5~10mA之间。
LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。
共阴接法和共阳接法的区别在于它们公共端的接法不一样。
共阳接法中，数码管的公共端3和8都接VCC，而共阴接法中，3、8脚都接GND。
2.3555定时器
设计中采用LM555来产生一秒的脉冲信号。
555集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。
它结构简单，使用灵活，用途广泛，可以组成多种波形发生器﹑多谐振荡器﹑定时延时电路﹑单稳触发电路﹑双稳态触发器﹑报警电路﹑检测电路﹑频率变换电路等。
设计要求要产生一个1s的脉冲信号来作为电路的CP脉冲信号。
通过计算得到以下电路中的参数。
555信号周期计算
其中R1=150Ω，R2=640Ω,C=110uF,C1=100uF.因为T=（R1+R2）C㏑2，算得T=1.011s
下面是555的内部结构和引脚图：
图2-3555内部结构及引脚图
555各引脚的具体功能如下：
1地GND2触发3输出4复位5控制电压6门限（阈值）7放电
8电源电压VCC
表2.3555定时器功能表
输入
输出
阈值输入6
触发输入2
复位4
输出3
放电管T7
X
X
0
0
导通
<2/3VCC
<1/3VCC
1
1
截止
>2/3VCC
>1/3VCC
1
0
导通
<2/3VCC
>1/3VCC
1
不变
不变
由图2-3不难证明表2.3的正确性，表中第一行说明555定时器的清零作用。
4脚加入低电平，将对RS触发器直接置“0”。
接在
端的三极管起跟随缓冲作用。
当TH高触发端6脚加入的电平大于2/3Vcc，TL低触发端2脚的电平大于1/3Vcc时，比较器A1输出高电平，比较器A2输出低电平，触发器置“0”，放电管饱和，7脚为低电平。
当TH高触发端加入的电平小于2/3Vcc，TL低触发端的电平大于1/3Vcc时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出低电平，触发器状态不变，仍维持前一行的电路状态，输出低电平，放电管饱和，7脚为低电平。
当TH高触发端6脚加入的电平小于2/3Vcc，TL低触发端的电平小于1/3Vcc时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出高电平，触发器置“1”，输出高电平，放电管截止，7脚为高电平。
因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。
当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。
只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。
3各部分设计及其原理图
3.130秒循环计数器的原理图
图3-130秒循环计数器器原理图
接通5V电源后，DOWN端输入连续信号脉冲，计数器实现30秒循环减计数功能。
3.2开关控制电路
图3-2开关控制电路
J1接低电平实现置数，接高电平开始减计数；J2接低电平计数器正常工作，接高电平实现清零；J3接低电平计数暂停，接高电平计数连续。
3.3秒脉冲发生电路
图3-3秒脉冲发生电路
3.4报警电路
设计中要求电路在计数为0时实现光电报警的功能。
图3-5报警电路
当第一个74LS192D产生借位时BO输出低电平，发光二极管导通发光，完成光电报警功能。
4总原理图
图4-1总电路原理图
课设小结
通过这次课程设计，加强了我的动手、思考和解决问题的能力。
这个方案总共使用74LS192两个，74LS11，LM555定时器各一个。
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
我懂得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我对各个元件映象深刻。
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。
对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
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，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。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
参考文献
[1]NiklausWirth·数字电路设计·高等教育出版社，2002。
[2]彭介怀·电子技术课程设计·北京:
北京高等教育出版社,2003。
[3]王公望·现代电子电路应用基础·西安电子科技大学出版社，2005。
[4]l刘培植·数字电路设计与数字系统·北京邮电大学出版社，2005。
[5]李焕英·数字电路与逻辑设计实训教程·科技出版社，2005。
[6]阎石·数字电子计术基础·高等教育出版社，2006。
[7]电子技术基础·数电部分（第五版）·高等教育出版社，2008。
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