1、WORD格式?數字電子技術?課程設計說明書課題名稱：籃球競賽24 秒計時器設計專業：電氣工程及其自動化班級：電氣 1202 班指導教師：胡新晚XX：曾瑞琪專業資料整理WORD格式計數器概述籃球競賽 24 秒計時器功能隨著信息時代的到來，電子技術在社會生活中發揮這越來越重要的作用，運用模電和數電知識設計的電子產品成為社會生活中不可缺少的一局部， 特別是在各種競技運動中，定時器成為檢驗運發動成績的一個重要工具。 在籃球比賽中，規定了球員的持球時間不能超過 24 秒，否那么就犯規了。本課程設計的“籃球競賽 24 秒計時器 可用于籃球比賽中， 用于對球員持球時間 24 秒限制。一旦球員的持球時間超過了

2、 24 秒，它就自動報警從而判定此球員的犯規。本設計只要完成：顯示 24 秒倒計時功能：系統設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動、暫停、連續功能；在直接清零時，數碼管顯示器滅燈，計時器為 24 秒遞減計時其計時間間隔為 1 秒，計時器遞減計時到零時，數碼管顯示器不滅燈，同時發出光電報警信號等。設計任務及要求根本要求1顯示 24 秒計時功能。2設置外部操作開關控制計時器直接清零、啟動、暫停/連續功能。3計時器為 24 秒遞減計時器，其計時間隔為1 秒。4 遞減計時到零時，顯示器不能滅燈，同時發出光電報警信號。設計任務及目標1根據原理圖分析各單元電路的功能；2熟悉電路中所用到的各集成塊的管

3、腳及其功能；專業資料整理WORD格式2專業資料整理WORD格式3進展電路的裝接、調試、直到電路能到達規定的設計要求；4寫出完整、詳細的課程設計報告主要參考器件555 晶體定時器74 LS00 74LS48 譯碼器74LS192 十進制可編程同步加鎖計數器專業資料整理WORD格式3專業資料整理WORD格式電路設計原理與單元模塊設計原理24 秒計時器的總體參考方案框圖如圖 2-1 所示。它包括秒脈沖發生器、計數器、譯碼顯示電路、 報警電路和輔助時序控制電路等五個模塊組成。 其中計數器和控制電路是系統的主要模塊。 計數器完成 24 秒計時功能 .而控制電路完成計數器的直接清零、啟動計數、暫停 /連續

4、計數 ;譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到啟動報警等功能。圖 2-1 24秒計時器系統設計框圖秒脈沖發生器產生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標準，但是設計對此信號要求并不太高，故電路可采用555 集成電路或由TTL 與非門組成的多諧振蕩其構成。譯碼顯示電路由 74LS48(譯碼器 )和共陰極七段 LED 顯示器組成。報警電路在試驗中可用發光二極管與蜂鳴器代替。專業資料整理WORD格式4專業資料整理WORD格式設計方案在本設計中，首先設計好24 進制計數器，因為它作為本設計的核心局部，是設計的最主要的一局部。在此次設計中，我們選擇74LS192進展 24 進制同步減法計數。同時選擇74LS48

5、作為 BCD碼譯碼器來對 7 段數碼顯示管進展譯碼驅動，選擇兩個七段數碼顯示管進展顯示。根據設計要求，本課程設計采用555計時器制成的多諧振蕩器， 來進展秒脈沖的輸入。 在本設計中， 因為我們需要對其進展暫停、 清零、報警等控制， 所以我們使用了三個開關來控制計數器的各功能的實現，從而實現了各種功能的實現。各單元電路的設計24 進制計數器的設計根據設計要求， 本設計需要實現24 進制遞減功能， 所以本設計采用十進制同步減法計數，因此使用74LS192 來實現計數功能。十進制可逆計數器74LS192引腳排列及邏輯符號如圖2.3.1 a、 b所示，它具有雙時鐘輸入，并具有去除和置數等功能。 a引腳

6、排列(b)邏輯符號圖 2.3.1 74LS192 的引腳排列及邏輯符號專業資料整理WORD格式5專業資料整理WORD格式圖中：為置數端，為加計數端，為減計數端，為非同步進位輸出端，為非同步借位輸出端， P0、P1、P2、P3 為計數器輸入端，為去除端， Q0、Q1、Q2、Q3為數據輸出端。其功能表如下列圖2.3.2 所示：輸入輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0××××××00001 ×0××dcbadcba011××××加計數011××&#

7、215;×減計數0圖 2.3.2 74LS192 的功能表在本次設計中，因為我們要實現24 進制計數功能，所以我們首先應該對計數器進展置數，由于 2410=001001008421BCD所以要先對 741192 兩芯片進行置數，令第一塊集成塊的置數端Q3Q2Q1Q0=0010，令第二塊的為Q3Q2Q1Q0=0100。把第二塊芯片的借位端與第一塊芯片的脈沖輸入端相連，從而進展實現借位功能。專業資料整理WORD格式6專業資料整理WORD格式數碼顯示譯碼器的設計在本設計中，根據設計的要求，我使用 74LS48譯碼器來驅動共陰極數碼顯示管， 74LS48 芯片是一種常用的七段數碼管譯碼器驅動

8、器，常用在各種數字電路和系統的顯示系統中， 下面我就給大家介紹一下這個元件的一些參數與應用技術等資料。 74LS48的引腳圖和功能表分別如圖 2.3.3 和表 2.3.1 所示。圖 2.3.3<74ls48 引腳圖 >表 2.3.1 74LS48 的功能表輸入輸出字數字LTRBIDCBABI/RBOabcdefg形011000011111110011X000111100000121X001011101101231X001111111001341X01001011001 1451X010111011011561X011011011111671X011111110000781X1000

9、11111111891X1001111110119消隱XXXXXX00000000脈沖消隱100000000000008燈測試0XXXXX11111111專業資料整理WORD格式7專業資料整理WORD格式七短數碼顯示管的引腳圖如圖 2.3.4 所示，其中 3 腳和 8 腳相連為公共端， 在電路中接地， 6 腳為小數點引腳，設計中不需要對其處理。圖 2.3.4 七短數碼顯示管的引腳圖秒脈沖的設計根據設計要求， 本電路需要產生間隔為一秒的時間脈沖， 完成正確的計數功能。所以選擇 555 定時器來設計此模塊。從而產生標準的秒脈沖。1器件特性555 定時器是一種中規模集成電路，外形為雙列直插 8 腳構

10、造，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個適當的阻容元件， 就可以構成史密特觸發器、單穩態觸發器及自激多諧振蕩器等脈沖信號產生與變換電路。它在波形的產生與變換、測量與控制、定時電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應用。專業資料整理WORD格式8專業資料整理WORD格式圖 2.3.5 (a)雙極性型 5G555 的主要性能參數(b) CMOS 型 7555 的主要性能參數專業資料整理WORD格式參數名稱符號電源電壓V CC電源電流I CC閾值電壓V TH觸發電壓V TR輸出低電平V OL輸出高電平V OH最大輸出電流IOMAX最高振蕩頻率fMAX時間誤差 t V TH即 V i1

11、,VTR即Vi2。單位參數V516mA10V 23VCCV 1 VCC3V1V 13.3mA 200KHz 300nS5參數名稱符號單位參數電源電壓V CCV318電源電流I CC A60閾值電壓V THV23VDD觸發電壓V TRV13 VDD輸出低電平VV0.1輸出高電平VV14.8最大輸出電流IOMAXmA200最高振蕩頻率fMAXKHz500時間誤差tnS專業資料整理WORD格式集成 555 定時器有雙極性型和 CMOS 型兩種產品。一般雙極性型產品型號的最后三位數都是 555， CMOS 型產品型號的最后四位數都是 7555.它們的邏輯功能和外部引線排列完全一樣。 器件電源電壓推薦為

12、 4512V ，最大輸出電流200mA 以內，并能與 TTL 、CMOS 邏輯電平相兼容。其主要參數見圖2.3.5555 定時器的內部電路框圖及邏輯符號和管腳排列分別如圖2.3.6 和內部結.VCCRd.84R 5KCdCR7V3DisVcoQVo555QRC12G1G3TRD5Vi16THNVco(TH)GR 5K1Vi2G2(a)555的邏輯符號(TR)C2QDisSR1VCCDisTH VcoVo'8765R 5KT5551234.GND TRVo Rd(b) 555 的引腳排列圖 2.2.7 555 定時器內部構造圖2.2.6555 定時器邏構如圖 2.3.7 所示。引腳功能：

13、Vi1TH ：高電平觸發端，簡稱高觸發端，又稱閾值端，標志為TH 。專業資料整理WORD格式9專業資料整理WORD格式Vi2TR：低電平觸發端，簡稱低觸發端，標志為TR 。VCO ：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。Rd ：復位端。555 定時器內含一個由三個阻值一樣的電阻1R 組成的分壓網絡，產生3 VCC2G1、G2 組成和3 VCC 兩個基準電壓；兩個電壓比擬器 C1、C2；一個由與非門的根本 RS 觸發器低電平觸發；放電三極管 T 和輸出反相緩沖器 G3。Rd是復位端，低電平有效。復位后 , 根本 RS 觸發器的Q端為 1高電平，經反相緩沖器后，輸出為 0低電平。分析圖 2.2

14、.3.1 的電路：在 555 定時器的 VCC端和地之間加上電壓，并讓VCO 懸空，那么比擬器23 VCC，比擬器C2反相輸入C1 的同相輸入端接參考電壓1端接參考電壓3 VCC ，為了學習方便，我們規定：當 TH 端的電壓 >223 VCC 時，寫為 VTH=1 ，當 TH 端的電壓 <3 VCC 時，寫為 VTH=0 。11VCC 時，寫為當TR端的電壓 >3 VCC 時，寫為 VTR=1 ，當TR端的電壓 < 3VTR=0 。12低觸發：當輸入電壓 Vi2< 3 VCC 且 Vi1<3 VCC 時， VTR=0 ，VTH=0 ，比較器 C2 輸出為低電

15、平， C1 輸出為高電平， 根本 RS 觸發器的輸入端S、R，=0=1使 Q1，Q 0，經輸出反相緩沖器后， VO 1，T 截止。這時稱 555 定時器“低觸發；123 VCC ，那么 VTR=1 ，VTH=0 ，S = R =1，根本保持：假設 Vi2> 3 VCC且 Vi1<RS 觸發器保持， VO 和 T 狀態不變，表 2.2.2 555 定時器控制功能表這時稱 555 定時器“保持。輸入輸出2VCC，那么R d高觸 發： 假設 Vi1> 3THTRV ODisVTH=1 ，比擬器 C1 輸出為低電平，無論 C2 輸出何種電平，根本 RS 觸××LL

16、導通<2V CC<1VCCHH截止331021<V CC>VCCH不變不變33>2V CC×HL導通3專業資料整理WORD格式發器因R =0，使Q1，經輸出反相緩沖器后，VO 0；T 導通。這時稱555 定時器“高觸發。VCO 為控制電壓端，在VCO 端參加電壓，可改變兩比擬器C1、C2 的參考電壓。正常工作時，要在 VCO 和地之間接 001F電容量標記為 103電容。放電管 Tl 的輸出端 Dis 為集電極開路輸出。 555 定時器的控制功能說明見表 2.2.2根據 555 定時器的控制功能，可以制成各種不同的脈沖信號產生與處理電路電路，例如 ,史密

17、特觸發器、單穩態觸發器、自激多諧振蕩器等。在此次設計中，采用多諧振蕩器來設計。2自激多諧振蕩器圖 2.3.8 所示為自激多諧振蕩器電路和波形圖。自激多諧振蕩器用于產生連續的脈沖信號。電路采用電阻、電容組成 RC 定時電路，用于設定脈沖的周期和寬度。調節 RW 或電容 C，可得到不同的時間常數；還可產生周期和脈寬可變的方波輸出。脈沖寬度計算公式： Tw1=0.7 (R1 +R2) C Tw2=0.7R2 C振蕩周期計算公式： T=0.7 (R1 +2R2) C1s圖 2.3.8分析方法與單穩態電路相似， 但電容器 C 的充電電阻是 R1 +R2 ，放電電阻是 R2 。當 VC 是低電平時， 55

18、5 定時器低觸發， VO 為高電平，放電管 T 截止，2電容器經 R1 +R2充電，當充電至VC=VTH>3 VCC時，電路高觸發，輸出專業資料整理WORD格式11專業資料整理WORD格式1VO 變為低電平，放電管 T 導通，電容器經 R2 放電，當放電至 VC=VTR<3 VCC時，電路又進入低觸發，VO 變為高電平，如此周而復始，循環不止，輸出連續脈沖信號。各控制開關的設計啟動、暫停、清零功能的設計在本次設計中，由于設計的要求，要實現計數器的暫停、復位和啟動控制，所以需要設計三個開關來控制電路， 對于啟動和清零開關而言， 我們只需設計一個以電平的上下來控制的按鍵開關即可， 把開

19、關一端接地， 另一端通過一電阻接電源，其中啟動開關和 74192 的 11 腳相連，而清零開關與 74192 的 14 腳相連即可。在這里，主要介紹暫停開關的設計，因為實際使用時開關會有抖動現象，所以我用根本 RS 觸發器來設計暫停開關相連，用來消除抖動。根本RS 觸發器如圖 2.3.9 為由兩個與非門穿插耦合構成的根本RS 觸發器，它是無時鐘控制低電平直接觸發的觸發器。根本RS 觸發器具有置“ 0、置“ 1和保持三種功能。通常稱S為置“1端，因為S =0 時觸發器被置“ 1；R為置“0端，因為R =0 時觸發器被置“ 0。當S = R =1 時狀態保持，當S = R =0 時為不定狀態，應當

20、防止這種狀態。圖 2.3.9二與非門組成的根本RS 觸發器 a邏輯圖(b) 邏輯符號根本 RS 觸發器的邏輯符號見圖2.3.9 (b)，二輸入端的邊框外側都畫有小圓圈，這是因為置 1 與置 0 都是低電平有效。輸入74192 的時鐘脈沖由下列圖2.3.10所示電路輸出接到74LS192 的 CPD 腳。還有一端輸入由借位信號輸入。專業資料整理WORD格式12專業資料整理WORD格式圖 2.3.10由于元器件限制，本設計中所使用的2 進 1 出和 3 進 1 出的與非門均由集成芯片代替，其中 2 進 1 出芯片為 74LS00，3 進 1 出為 74LS10，由于芯片很簡單，所以沒有過多介紹。以

21、下列圖2.3.11為兩芯片的引腳圖。圖 2.3.11專業資料整理WORD格式13專業資料整理WORD格式總電路設計仿真圖各控制開關的使用功能電路圖如上圖所示，根據設計要求，要到達清零、暫停、復位和報警功能，所以在此設計中，使用了三個開關來實現各功能。電路通過開關S1 來控制電路的啟動和復位功能，它通過接上下電平輸入74192 的預置端 11 腳來控制計數器的啟動和復位。開關S2 控制計數器的清零功能，它通過輸入上下電平的輸入74192 的 14 腳 CR 去除端來實現清零功能。而S3 那么通過加上下電平來實現根本RS 觸發器，從而控制計數器的暫停和連續功能。專業資料整理WORD格式14專業資料整理WORD格式結論本設計主要通過模塊化思想，逐步實現設計所需