1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上長春工業(yè)大學(xué) 課 程 設(shè) 計（說明書）籃球競賽30秒計時器設(shè)計設(shè)計項目： 班級 / 學(xué)號： 學(xué) 生 姓 名: 指 導(dǎo) 教 師: 設(shè) 計 日 期：目錄一 論證.21.1 設(shè)計原理1.2 設(shè)計方案1.3 各分電路功能分析1.3.1 計數(shù)器電路1.3.2 脈沖發(fā)生電路1.3.3 譯碼顯示電路1.3.4 控制電路1.4 仿真原理圖二 課程設(shè)計總結(jié).三 參考文獻(xiàn).附錄電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書題目：具有數(shù)字顯示的籃球競賽30S計時器1任務(wù)要求設(shè)計一個籃球競賽30S進(jìn)攻時間限制計時器。2性能指標(biāo)要求：  （1）工作時間可在130S內(nèi)任意設(shè)定。（2）30S計時器是遞

2、減計時器，間隔為1S。能用LED數(shù)碼管顯示剩余工作時間，還能顯示到1/10秒。即當(dāng)計時開始時顯示出所設(shè)定的總時間，每當(dāng)計時10個1/10S，顯示器的數(shù)字立即減1。(3）減1計時到7S時，發(fā)出三聲低音預(yù)告信號。(4) 減1計時到零時(工作時間到)，發(fā)出三聲高聲，并自動停止計時。(5) 具有暫停/繼續(xù)工作、清零復(fù)位和啟動計時功能。3設(shè)計與測試按任務(wù)要求，設(shè)計電路，計算參數(shù)，選擇元器件。根據(jù)所設(shè)計電路原理圖，選擇所需元器件連接電路，并按照調(diào)試步驟進(jìn)行調(diào)試。4. 成果要求(1)課程設(shè)計說明書一本。要求：內(nèi)容完整，圖表完備，字跡工整，條理清晰，分析有據(jù)。(2)所用元器件清單(3)電路實體和仿真。要求：電

3、路必須有仿真結(jié)果（可利用Multisim進(jìn)行電路仿真分析），該電路實體必須是自己安裝調(diào)試通過并達(dá)到性能指標(biāo)要求的電路實體。參考器件：兩片74LS192、74LS00，叁片74LS48，一片555、74LS04、CC40161，共陰LED顯示器3塊，電阻、蜂鳴器、發(fā)光二極管等5答辯 在規(guī)定時間內(nèi)，完成敘述并回答問題。 前言電子課程設(shè)計是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論知識和實踐能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的一個環(huán)節(jié)。 在許多領(lǐng)域中計時器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機(jī)、還可以用來做時間提醒設(shè)備等等，由此可

4、見計時器在現(xiàn)代社會是何其重要的。籃球作為一項全民健身項目，已有一定的歷史。在中國，籃球很盛行，籃球比賽也日趨職業(yè)化。籃球比賽中有一項違例時間要用倒計時器，目前多數(shù)采用的是24秒制，但隨著籃球制度的改革將會采用30秒制。有需要就會有市場，因此設(shè)計一款30秒計時器是非常有必要也非常有前景的。該款計時器是在原來的基礎(chǔ)上把24秒制改為30秒制。該計時器要有遞減計時及報警功能。因此符合比賽中違例判罰的需要。 在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過30秒，否則就犯規(guī)了。本課程設(shè)計的“籃球競賽30秒計時器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間30秒限制。一旦球員的持球時間超過了30秒，它自動的報警從而

5、判定此球員的犯規(guī)。 本設(shè)計主要能完成：顯示30秒倒計時功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時，數(shù)碼管顯示器全部顯示為“0”；計時器為30秒遞減計時其計時間隔為0.1秒；計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時發(fā)出光電報警信號等。 整個電路的設(shè)計借助于Multisim 10.0.1仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識，并在Multisim 10.0.1下設(shè)計和進(jìn)行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。 一 電路設(shè)計原理與設(shè)計電路1.1 設(shè)計原理我們可以用555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生頻率為10Hz的脈沖，即輸出周期為0.1秒的方波脈沖，將該方波脈沖信號送到

6、計數(shù)器74LS192的CP減計數(shù)脈沖端,再通過譯碼器74LS48把輸入的8421BCD碼經(jīng)過內(nèi)部作和電路“翻譯”成七段（a，b，c，d，e，f，g）輸出，顯示十進(jìn)制數(shù)，然后在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置開關(guān)或控制電路即可實現(xiàn)計數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈及光電報警等功能。1.2 設(shè)計方案經(jīng)過初步的設(shè)計，可以確定該系統(tǒng)應(yīng)包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時序控制電路(簡稱控制電路)和報警電路等5個部分構(gòu)成。其中，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停、連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能以及工作時間的調(diào)

7、節(jié)。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，在設(shè)計控制電路時，應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器顯示零。當(dāng)啟動開關(guān)閉合時，控制電路應(yīng)封鎖時鐘信號CP，同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示30s字樣；當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；當(dāng)按下十位調(diào)節(jié)開關(guān)時，計數(shù)器加1；當(dāng)按下個位調(diào)節(jié)開關(guān)時，計數(shù)器同樣加1；當(dāng)暫停、連續(xù)開關(guān)撥在暫停位置上時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停、連續(xù)開關(guān)撥在連續(xù)時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1.1所示。脈沖發(fā)生器計數(shù)器計數(shù)器十位顯示個位顯示1/10位顯示譯碼器譯碼器譯碼器計數(shù)器報警電路控制電路圖1.1系統(tǒng)設(shè)計框圖 在此，

8、提出兩種方案，主要是針對脈沖發(fā)生電路。方案一是采用555構(gòu)成的多諧振蕩電路（即脈沖產(chǎn)生電路），其電路原理圖如圖.。另一種方案是用555構(gòu)成的多諧振蕩器直接產(chǎn)生頻率為10Hz的秒脈沖，原理圖如圖.5。相比較之下方案一的秒脈沖會穩(wěn)定些，但因為電路加入了74LS161用于異步清零法分頻而使電路變得復(fù)雜許多，而本次課設(shè)都是采用軟件仿真的方式來驗證最后結(jié)果的，因此不會存在因為元器件的誤差而使結(jié)果受到影響的情況，因此沒有必要用復(fù)雜的電路來替代簡單電路就可以完成的功能的電路。所以本次課設(shè)采用第二種方案來產(chǎn)生10Hz的秒脈沖。圖.2方案一的秒脈沖發(fā)生電路.3 各分電路功能分析1.3.1 脈沖發(fā)生電路555定時

9、器555定時器主要是通過外接電阻R和電容器C構(gòu)成充、放電電路,并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路、以及多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等脈沖波形產(chǎn)生和整形電路。圖2.2是NE555的內(nèi)部功能原理框圖和內(nèi)部管腳圖圖1.3 555管腳圖用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖2.3(a)所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號,利用電源VCC通過R1和R2向電容器C充電,使uC逐漸升高,升到2VCC/3時,uO跳變到低電平,放電端D導(dǎo)通,這時,電容器C通過電阻R2和D端

10、放電,使uC下降,降到VCC/3時,uO跳變到高電平,D端截止,電源VCC又通過R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán),振蕩不停, 電容器C在VCC/3和2VCC/3之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖2.3(b)所示。8 476 555 321 5R1R2ucC+VCCuo0.01µFtuo0tw2tw1tuc0T（a）（b） 圖1.4 555構(gòu)成的振蕩電路及即波形輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計算公式如下:tW10.7(R1R2)CtW20.7R2CTtW1tW20.7(R12R2)C 根據(jù)要求，該系統(tǒng)中要使555構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生10Hz的脈沖，因此我們可

11、以令R1= 51k，R2= 49k，C= 970nF，得到周期T=0.70.101s，即按照圖2.4連接的電路就可以產(chǎn)生10Hz的方波脈沖。圖1.5 555定時器構(gòu)成的多系振蕩電路1.3.2 計數(shù)器電路計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進(jìn)行計數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設(shè)計中選用74LS192來實現(xiàn)要求的減法計數(shù)功能。圖2.5是74LS192的管腳圖。 圖1.6 74LS192管腳圖74LS192具有下述功能： 異步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。（此功能可實現(xiàn)計數(shù)器的清零）異步置數(shù)：MR=0， =0

12、，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。保持： MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)加計數(shù)：CR=0, =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù)減計數(shù)：CR=0, =1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù)按照課程設(shè)計任務(wù)書要求，需要計時30s，并且顯示到0.1s，因此該設(shè)計中需要用到一個三進(jìn)制的減法計數(shù)器和兩個十進(jìn)制的減法計數(shù)器。我們可以用三片74LS192來實現(xiàn)這三個計數(shù)器。計數(shù)模塊中的三片計數(shù)器的加計數(shù)器脈沖輸入端都要接高電平，且要將低位片的借位信號加到高位片的減計數(shù)脈沖輸入端。高位片計數(shù)器的借位信號控制報警信號，在進(jìn)行

13、減計數(shù)時，借位信號一直為高。30秒倒計時計數(shù)電路可以按照圖2.6連接。圖1.7 30秒倒計時器的計數(shù)電路2.3.3 譯碼顯示電路本次設(shè)計中我們用發(fā)光二極管（LED）組成字型來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。因為計算機(jī)輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制數(shù)，就必須先把BCD碼轉(zhuǎn)換成 7 段字型數(shù)碼管所要求的代碼。我們把能夠?qū)⒂嬎銠C(jī)輸出的BCD碼換成 7 段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進(jìn)制數(shù)的電路稱為“七段字型譯碼器”因此在本次的設(shè)計中我們采用了常用的74LS48。圖2.7是74LS48的外部管腳圖圖1.8 74LS48管腳圖七段顯

14、示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。 它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/RBO,現(xiàn)簡要說明如下： 滅燈輸入BI/RBO BI/RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當(dāng)BI/RBO作輸入使用且BI0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入ag均為0，所以字形熄滅。 試燈輸入LT 當(dāng)LT0時，BI/RBO是輸出端，且RBO1，此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查7488本身及顯示器的好壞。 動態(tài)滅零輸入RBI當(dāng)LT1，RBI0且輸入代碼DCBA0000時，各段輸出ag均為

15、低電平，與BCD碼相應(yīng)的字形0熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以實現(xiàn)某一位的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0。 動態(tài)滅零輸出RBOBI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當(dāng)LT1且RBI0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。 對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT1，這時候，譯碼器各段ag輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。74LS48的功能表如下：74LS48功能表十進(jìn)數(shù)或功能輸入BI

16、/RBO輸出LTRBID C B Aabcdefg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H0001111

17、15Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL0000000RBIHL0 0 0 0L0000000LTLxx x x xH1111111表1.1 74LS48的功能表本次設(shè)計的譯碼顯示電路可以按照圖1.9連接電路圖1.9 譯碼顯示電路2.3.4 控制電路報警電路任務(wù)要求在計時器倒計時到7秒時發(fā)出低聲警報，在倒計時到0秒時發(fā)出高聲警報，因次我們可以將192的輸出端按照下圖連接，當(dāng)192的高位到低位輸出0000 1110 xxxx 時（即倒計時到7秒時）可發(fā)出報警。當(dāng)計時到0秒時最高位192的借位BO會由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑澍Q器導(dǎo)通，這樣就產(chǎn)生了報警信號。因此，按照圖1.10也

18、可以使蜂鳴器發(fā)聲報警。圖1.10 報警電路暫停、置位、清零、十位調(diào)整、個位調(diào)整控制電路暫停/連續(xù) 可以通過在將借位信號和暫停/連續(xù)控制信號和時序脈沖信號加到一起相與之后作用到1/10位計數(shù)器減計數(shù)脈沖輸入端，即實現(xiàn)計數(shù)器遞減計數(shù)到零時，顯示器不滅燈。連接電路如圖2.10的“暫?！?，當(dāng)開關(guān)打到低電平時計時器暫停，當(dāng)開關(guān)打到高電平時計時器正常計時。啟動置位 可通過192的 異步置數(shù)：MR=0 =0時，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 來使計時器置位啟動。LCAD（即）端的置位功能連接如圖圖1.11。 清零 可以通過192的 異步清零：MR=1時，Q3Q2Q1Q0=0000 來使計時器清零。CLR

19、（即MR）端的清零功能的電路連接如圖圖1.11。十位調(diào)整 通過給十位192的加法計數(shù)的UP端產(chǎn)生脈沖來實現(xiàn)十位的加調(diào)整。個位調(diào)整 通過給個位192的加法計數(shù)的UP端產(chǎn)生脈沖來實現(xiàn)個位的加調(diào)整。十位調(diào)整、個位調(diào)整控制電路圖如圖圖1.11圖1.11 控制電路2.4 仿真原理圖具有數(shù)字顯示的籃球競賽30S計時器的設(shè)計主要分為五個模塊：時鐘模塊（即秒脈沖發(fā)生模塊）、計數(shù)模塊、譯碼顯示模塊、輔助時序控制模塊（簡稱控制電路）和報警電路，總體仿真電路如下圖（圖2.11的輸出端連接到 圖2.12 的輸入）。打開仿真軟件Multisim12.0按要求在Multisim12.0里連接好如圖所示的電路后就可以按下F

20、5就可以進(jìn)行電路仿真了，由于仿真界面的限制，此次課程設(shè)計的仿真分為了兩部分完成。脈沖發(fā)生電路（圖1.12）和倒計時的總體電路（圖2.12）。在脈沖發(fā)生電路仿真中我們可以用示波器來觀察產(chǎn)生的脈沖是否為10Hz。而在整體電路的仿真部分用一個10Hz的脈沖源替代了脈沖發(fā)生電路，最后的仿真結(jié)果是：計時器可以從30倒計時到0停止，并且在倒計時到7時發(fā)出低聲報警，在倒計時到0時發(fā)出高聲報警。同時也可以通過圖中的開關(guān)按鈕來完成時間的調(diào)整、置位、清零和暫停。圖1.12 脈沖發(fā)生電路圖2.12 30秒倒計時器整體電路圖小結(jié)：該籃球競賽30S計時器的設(shè)計主要分為五個模塊：時鐘模塊（即秒脈沖發(fā)生模塊）、計數(shù)模塊、譯

21、碼顯示模塊、輔助時序控制模塊（簡稱控制電路）和報警電路，其中計數(shù)模塊中的三片計數(shù)器的加計數(shù)器脈沖輸入端都要接高電平，且要將低位片的借位信號加到高位片的減計數(shù)脈沖輸入端。高位片計數(shù)器的借位信號控制報警信號，在進(jìn)行減計數(shù)時，借位信號一直為高，此過程報警信號不工作，當(dāng)計數(shù)器減計數(shù)到零時，借位信號變?yōu)榈?，蜂鳴器導(dǎo)通，這樣就產(chǎn)生了報警信號。這是該計時器的一個簡單的工作流程。二 課程設(shè)計總結(jié) 課程設(shè)計所需要知識都是基礎(chǔ)性的，本小組同學(xué)通過一周的探討與查資料，我認(rèn)識到合作的重要性。在本次的課程設(shè)計中通過自己選題，找材料，分析、設(shè)計等，也掌一些軟件的操作方法，這為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊。整個設(shè)計實現(xiàn)了從單一的理論學(xué)習(xí)到解決實際問題的轉(zhuǎn)變。通過本次的課程設(shè)計，我最大的收獲就是提高了自身的動手能力，培養(yǎng)了我的尋求解決問題的能力和團(tuán)隊精神也增強(qiáng)了我其它方面的能力。在設(shè)計中，我充分應(yīng)用我們所學(xué)的知識，例如：集成電路74LS系列、三極管、二極管、整定時器555等元件的應(yīng)用。這次實踐使我受益匪淺，在摸索該如何