30秒篮球计数器Word文档下载推荐.docx

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摘要

计时器在人类生活中有着非常重要而广泛的应用，古时候人们就开始用沙漏和水漏做定时工具，随着科技和社会的发展，人们开始用全新的方法来改造计时器以达到准确计时的目的。

篮球竞赛计时器就是一种典型的计时器的应用。

在篮球比赛中规定球友持球的时间不能超过30秒，否则就是犯规。

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进行30秒限制，一旦球员持球的时间超过了30秒，它将自动报警从而判定刺球员的犯规。

本文设计用的是实现以中小规模集成电路设计计时器的方法，它是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

它是由时钟脉冲产生电路、计数电路、译码驱动及显示电路、报时电路及电源电路组成。

时钟脉冲采用555定时器构成多谐振荡电路产生，通过EDA软件Multisim10绘制了电子电路仿真原理图，并进行仿真，同时用万能板焊接制作了硬件实现电路。

一、设计目的

1．培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

2．学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

3．运行基本技术训练，如基本仪器仪表的使用，产业元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

4．培养学生的创新能力。

二、设计要求

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30秒递减计时其计时间隔为1秒；

计时器递减到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。

三、设计方案及原理框图

1.电路设计方案

用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟秒脉冲。

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。

公式计算：

T1=（R1+R2）Cln2;

T2=R2Cln2;

振荡周期T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C=1（s）

若取C=10μF，结合实际选取电阻为R1=51K,R2=47K。

2.原理图

原理图如下图所示。

该图包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等5个部分。

其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。

计数器完成30秒计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停/连接计数、译码显示电路的显示和灭灯等功能。

555定时器用来产生周期为1秒的脉冲信号，供计数器进行倒计数，以便将计数器输出的数据传送给译码器，译码器再译码驱动七段数码管显示输出，控制电路实现“篮球竞赛30s”的暂停/继续工作，清零复位，置数/工作；

报警电路实现30s计数器减至0秒时报警电路发出光电警报，由此分析得出30秒计时器的总体参考方案框图如图1-1所示。

它包括秒脉冲发器、计数器、译码显示电路、报警电路和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。

四、单元电路设计及主要元器件参数计算

1）1秒脉冲发生器

4计数电路选用两片中规模集成电路74LS192进行设计，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。

两片

74LS192构成预置数的三十进制递减计数器，计数器十位接成三进制，计数器个

位接成十进制，置数端A、B、C、D通过开关接高低电平，若接高电平可进行

其他置数；

此计数器预置数为（00110000）=（30）10，只有当低位端发出错位

脉冲，高位计数器才做减计数。

1片74LS192构成1秒减计数电路（即个位）。

74LS192的引脚图和功能表如图所示。

它的计数原理是：

使加计数脉冲信号引脚

CPu=1，计数脉冲加入个位74LS192引脚CPD脚，当减计数到零时，个位74LS192

的CO端发出错位脉冲，使十位计数器减计数，当高、低位计数器处于全零时，

CPD（DWN）端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下次循环减计数。

图2-274LS192引脚图

表174LS192功能表

2）计数电路5

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。

1.74LS48是七段显示译码器，其管脚图如下图2-3所示。

现将各管脚功能介绍一下：

A、B、C、D是BCD码的输入端；

a,b,c,d,e,f,g是输出端；

试灯输入端LT：

低电平有效。

当LT＝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RBI：

当LT＝1、RB＝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RBO：

这是一个特殊的端钮，有时用作输入，有时用作输出。

当RBO作为输入使用，且RBO＝0时，数码管七段全灭，与译码输入无关。

当RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI：

当LT＝1且RBI＝0时，RBO＝0；

其它情况下RBO＝1。

本端钮主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。

本设计将RBI、LT、RBO都置高电平。

图2-374LS48管脚图

3）译码显示电路6

2.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：

看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，最好在使用前用万电用表测一下

它的极性，其管脚图如下图2-4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。

图2-4共阴极七段LED显示器管脚图

报警电路，采用555产生1个输出频率为9.5HZ的脉冲发生器，经过74LS11的一个高电平促使发出光电报警，当SW6置高电平时警报停止。

电路图2-5所示。

4）报警电路

5）控制电路

控制电路是30S倒计时设计的核心，电路如图2-6（a）（b）（c）所示。

图（a）中，用2与非门组成基本RS触发器，开关sw1控制计数器的置数，当SW1闭合时触发器直低电平，送至74LS192的LD端和UP端，计数器的LD=0，计数器预置数，反之，计数器启动处于技术工作状态。

图（b）开关SW2控制计数器的暂停/计数。

74LS11输出接74LS192

（2）的DWN端。

当SW2下合时，触发器输出低电平，与十位74LS192

（1）的13脚BO端输出的高电平和555定时器输出的时钟脉冲一起通过三与门，使得三与门输出低电平，送至74LS192

（2）的4脚DWN端，令计数器停止工作。

显示器上保持原来的数不变，当SW2合上时，74LS11门电路打开，脉冲信号送入计数器的减脉冲输入端，计数器继续累计计数。

图（C）中，开SW3控制计数器清零，SW3=”1”（合下）时，接高电平输出，送至74LS192集成电路CLR端，计数器清零，反之，正常计数。

6）直流电源设计

计算：

求5V直流电压源：

令图中R1=100Ω,Rw=200Ω,R2=300Ω,VDz=3V,故有

UOmax=VDz（R1+R2+Rw）/R2=6V；

UOmin=VDz（R1+R2+Rw）/（R2+Rw）=3.6V；

当Rw’=60Ω时，UO=5V，（恰为负载提供5V的直流电压源）。

求12V直流电压源：

令图中R1=100Ω,Rw=300Ω,R2=200Ω,VDz=6V,故有：

UOmax=VDz（R1+R2+Rw）/R2=12V；

UOmin=VDz（R1+R2+Rw）/（R2+Rw）=7.2V；

当Rw’=100Ω时，UO=12V，（恰为负载提供12V的直流电压源）。

7）开关设置

五、

电路图

六、调试及故障分析

电路安装完毕后，首先检查电路个部分的连线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。

再接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。

如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。

七、设计总结：

在本次的课程设计中通过自己找材料、分析、设计等，也掌握了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。

这次课程设计使我的理论知识得到了综合应用，培养了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。

例如：

集成电路74LS系列、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，培养了我的设计思维。

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。

作为一个大学生，我们必须跟上时代的发展，这就使我们必须要扩展自己的知识，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很大，同时也加强了我对课本知识的理解，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，培养了我们严谨务实，戒骄戒躁的作风。

八、参考文献：

[1]《数字电子技术基础简明教程》（第三版），余孟尝，2006

[2]阎石.数字电子技术基础.北京：

高等教育出版社，2006