目錄1背景及意義 12設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方案 12.1脈沖發(fā)生電路 22.2減計(jì)數(shù)器 22.2.1芯片類型 22.2.2功能表 22.2.3各引腳功能及符號(hào)的意義 32.3譯碼器 32.3.1芯片類型 32.3.2功能表 42.3.3各引腳功能及符號(hào)的意義 42.4數(shù)碼顯示器 52.4.1元件的選取 52.4.2功能表 52.4.3各引腳功能及符號(hào)的意義 62.5報(bào)警電路 63設(shè)計(jì)過(guò)程 63.1三十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 73.2控制電路和報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 83.3總電路圖 94結(jié)果分析 94.1置數(shù)狀態(tài)的分析 104.2計(jì)數(shù)狀態(tài)的分析 104.3暫停狀態(tài)的分析 114.4報(bào)警狀態(tài)的分析 115結(jié)論 126參考書(shū)目 121背景及意義信息社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)電子產(chǎn)品的進(jìn)步，計(jì)時(shí)器就是工業(yè)發(fā)展道路上進(jìn)步的產(chǎn)物。計(jì)時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)功能電路作用時(shí)間的控制，在時(shí)間達(dá)到的時(shí)候產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。可置數(shù)，還可暫停和啟動(dòng)，工作時(shí)可以清零重新計(jì)時(shí)，功能多樣，是計(jì)時(shí)控制的重要工具。計(jì)時(shí)器在實(shí)際工作中用到的場(chǎng)合很多，它成為今天工業(yè)控制領(lǐng)域、通訊設(shè)備、信息處理中使用最廣泛的電路之一。在很多領(lǐng)域都需要幾個(gè)甚至上百個(gè)定時(shí)電路去控制多項(xiàng)操作，如數(shù)控電梯、數(shù)控機(jī)床、各種智能醫(yī)療器械等方面，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，最終促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在日常生活中也不乏計(jì)時(shí)器的身影，如體育比賽中的定時(shí)報(bào)警器、游戲中的倒計(jì)時(shí)、交通信號(hào)燈中的時(shí)間控制器等無(wú)一不是計(jì)時(shí)器的控制。在實(shí)際籃球比賽中規(guī)定一方持球的時(shí)間不得超過(guò)24s，計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)便可以達(dá)到在這24s內(nèi)對(duì)時(shí)間的控制，需要時(shí)可以暫停計(jì)時(shí)也可以及時(shí)繼續(xù)計(jì)時(shí)，當(dāng)一方持球超過(guò)24s時(shí)，計(jì)時(shí)器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，新一輪的計(jì)時(shí)又可以置數(shù)開(kāi)始倒計(jì)時(shí)。而籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器就是對(duì)實(shí)際籃球比賽計(jì)時(shí)器的模擬拓展，將24s改成30s，因此實(shí)現(xiàn)的功能與實(shí)際籃球比賽中的計(jì)時(shí)器功能一致。2設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方案籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器是對(duì)實(shí)際籃球競(jìng)賽24s計(jì)時(shí)器的拓展設(shè)計(jì)，置數(shù)后便可倒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)過(guò)程中可暫停/繼續(xù)，倒計(jì)時(shí)為0時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，完成一個(gè)功能計(jì)時(shí)周期。為實(shí)現(xiàn)以上功能，整個(gè)電路可分為脈沖發(fā)生電路、時(shí)序控制電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器及報(bào)警電路六個(gè)部分。脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器減計(jì)數(shù)器譯碼器數(shù)碼顯示器控制電路光電報(bào)警圖2.1原理框圖2.1脈沖發(fā)生電路脈沖發(fā)生電路采用電壓為5V，頻率為1Hz的脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生周期為1s的時(shí)鐘信號(hào)。圖2.2脈沖發(fā)生器2.2減計(jì)數(shù)器2.2.1芯片類型減計(jì)數(shù)器采用74LS192芯片。74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能。圖2.374LS192芯片2.2.2功能表74LS192芯片的功能表如下：表2.174LS192芯片功能表輸入輸出~LOADCLRUPDOWNABCDQAQBQCQD00××d0d1d2d3d0d1d2d310↑1××××加計(jì)數(shù)101↑××××減計(jì)數(shù)1011××××保持×1××××××00002.2.3各引腳功能及符號(hào)的意義A,B,C,D：并行數(shù)據(jù)輸入端；QA,QB,QC,QD：數(shù)據(jù)輸出端；UP：加法計(jì)數(shù)脈沖輸入端；DOWN：減法計(jì)數(shù)脈沖輸入端；CLR：異步置0端（高電平有效）；~LOAD：置數(shù)控制端（低電平有效）；~CO：加法計(jì)數(shù)時(shí)，進(jìn)位輸出端（低電平有效）；~BO：減法計(jì)數(shù)時(shí)，借位輸出端（低電平有效）。2.3譯碼器2.3.1芯片類型譯碼器采用74LS47七段顯示譯碼器。其輸出選中時(shí)為低電平，可以直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)型LED數(shù)碼管。圖2.474LS47七段顯示譯碼器2.3.2功能表表2.274LS47七段顯示譯碼器功能表序號(hào)輸入~BI/RBO輸出~LT~RBIDCBAabcdefg01100001000000111×00011100111121×00101001001031×00111000011041×01001100110051×01011010010061×01101110000071×01111000111181×10001000000091×100110001100101×101011110010111×101111000110121×110011011100131×110110110100141×111011110000151×111111111111~BI××××××01111111~RBO10000001111111~LT0×××××100000002.3.3各引腳功能及符號(hào)的意義A,B,C,D：數(shù)據(jù)輸入端；OA,OB,OC,OD,OE,OF,OG：數(shù)據(jù)輸出端；~LT、~RBI和~BI/RBO：輔助控制信號(hào)；~LT：試燈輸入，工作時(shí)應(yīng)使~LT=1；~RBI：是滅零輸入；~BI：熄滅信號(hào)輸入；~RBO：滅零輸出；~BI和~RBO在芯片內(nèi)部是連在一起的。1.當(dāng)~LT=1，~RBI=~BI/RBO=1，數(shù)碼管正常顯示0~9；2.當(dāng)~BI=0時(shí)，數(shù)碼管熄滅；3.當(dāng)~RBI=0且~LT=1時(shí)，數(shù)碼管滅零；4.當(dāng)~LT=0時(shí)，數(shù)碼管全亮。2.4數(shù)碼顯示器2.4.1元件的選取由于譯碼器采用了74LS47七段顯示譯碼器，它可以直接驅(qū)動(dòng)7管腳共陽(yáng)型LED數(shù)碼管，所以數(shù)碼顯示器選擇7管腳共陽(yáng)型LED數(shù)碼管。圖2.57管腳共陽(yáng)型LED數(shù)碼管2.4.2功能表表2.37管腳共陽(yáng)型LED數(shù)碼管功能表輸入字形ABCDEFG000000101001111100100102000011031001100401001005010000060001111700000008000010092.4.3各引腳功能及符號(hào)的意義A,B,C,D,E,F,G：數(shù)據(jù)輸入端；CA：共陽(yáng)極，使用時(shí)接高電平。2.5報(bào)警電路籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器要求倒計(jì)時(shí)為0時(shí)產(chǎn)生光電報(bào)警信號(hào)，所以報(bào)警電路采用發(fā)光二極管。圖2.6發(fā)光二極管3設(shè)計(jì)過(guò)程本次設(shè)計(jì)所采用的芯片和元器件如下：表3.1芯片及元器件匯總芯片/元器件數(shù)量74LS192274LS4727管腳共陽(yáng)型LED數(shù)碼管2發(fā)光二極管1脈沖發(fā)生器1單刀單擲開(kāi)關(guān)2二輸入邏輯與門13.1三十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器的核心是完成一個(gè)三十進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)器。利用芯片間的級(jí)聯(lián)和74LS192芯片的置數(shù)功能便可完成設(shè)計(jì)。首先根據(jù)表2.1，表2.2和表2.3，完成減法計(jì)數(shù)器的連接。如圖3.1：圖3.1減法計(jì)數(shù)器再利用74LS192芯片的置數(shù)功能（~LOAD低電平有效），將減法計(jì)數(shù)器的初始值置為30，并用開(kāi)關(guān)控制置數(shù)/開(kāi)始。如圖3.2：圖3.2三十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器3.2控制電路和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)暫停和繼續(xù)計(jì)時(shí)的功能只需要在脈沖發(fā)生器和74LS192芯片的DOWN端之間加上一個(gè)開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)。如圖3.3：圖3.3暫停/繼續(xù)控制電路減計(jì)數(shù)到零時(shí)的保持功能和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)都將利用74LS192芯片~BO端的輸出。~BO是減計(jì)數(shù)的借位輸出端，低電平有效。根據(jù)邏輯與運(yùn)算的特點(diǎn)，將十位74LS192芯片的~BO端的輸出和時(shí)鐘信號(hào)相與的結(jié)果輸入個(gè)位74LS192芯片的DOWN端，實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)到零時(shí)的保持功能，其本質(zhì)是強(qiáng)制暫停。如圖3.4：圖3.4減計(jì)數(shù)到零時(shí)保持功能的實(shí)現(xiàn)借助74LS192芯片的~BO端的輸出特點(diǎn)，將發(fā)光二極管接入十位74LS192芯片的~BO端和VCC之間，完成報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。如圖3.5：圖3.5報(bào)警電路3.3總電路圖圖3.6總電路圖4結(jié)果分析對(duì)籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器的結(jié)果分析主要包括以下幾個(gè)方面（假設(shè)開(kāi)關(guān)的初始狀態(tài)為閉合）：置數(shù)狀態(tài)的分析；（2）計(jì)數(shù)狀態(tài)的分析；（3）暫停狀態(tài)的分析；（4）報(bào)警狀態(tài)的分析。4.1置數(shù)狀態(tài)的分析將開(kāi)關(guān)S1擲于置數(shù)端（斷開(kāi)），電路處于置數(shù)狀態(tài)。此時(shí)個(gè)位和十位的74LS192芯片~LOAD端的輸入均為0，處于置數(shù)狀態(tài)，不進(jìn)行減計(jì)數(shù)，故計(jì)時(shí)器停滯在30s的狀態(tài)。如圖4.1：圖4.1置數(shù)狀態(tài)4.2計(jì)數(shù)狀態(tài)的分析將開(kāi)關(guān)S1擲于開(kāi)始端（閉合），電路處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。此時(shí)個(gè)位和十位的74LS192芯片~LOAD端的輸入均為1，滿足減計(jì)數(shù)的條件，故計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。如圖4.2：圖4.2計(jì)數(shù)狀態(tài)4.3暫停狀態(tài)的分析將開(kāi)關(guān)S2擲于暫停端（斷開(kāi)），電路處于暫停狀態(tài)。此時(shí)時(shí)鐘信號(hào)無(wú)法輸入到個(gè)位74LS192芯片的DOWN端，無(wú)法繼續(xù)計(jì)數(shù)，故計(jì)時(shí)器停滯在當(dāng)前的秒數(shù)。如圖4.3：圖4.3暫停狀態(tài)將開(kāi)關(guān)S2擲于繼續(xù)端（閉合），計(jì)時(shí)器即可繼續(xù)計(jì)時(shí)。4.4報(bào)警狀態(tài)的分析當(dāng)計(jì)時(shí)器減計(jì)數(shù)到零時(shí)，電路處于報(bào)警狀態(tài)。此時(shí)十位的74LS192芯片的~BO端會(huì)輸出低電平。該低電平的輸出有兩個(gè)作用，一是導(dǎo)通發(fā)光二極管，產(chǎn)生光電報(bào)警信號(hào)；二是和時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算，向個(gè)位的74LS192芯片的DOWN端輸入低電平，計(jì)時(shí)器將停止計(jì)數(shù)，使其停滯在0s的狀態(tài)（強(qiáng)制暫停），以便產(chǎn)生持續(xù)的報(bào)警信號(hào)。如圖4.4：圖4.4報(bào)警狀態(tài)5結(jié)論根據(jù)結(jié)果分析，本電路的設(shè)計(jì)方案完成了籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器全部的設(shè)計(jì)要求：（1）具有現(xiàn)實(shí)30s計(jì)時(shí)功能；（2）設(shè)置外部操作開(kāi)關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能；