-数电报告-30秒计时器

目录简介11系统组成原理..........................................22元器件的选择..........................................42.1计时器电路元器件的选择............................42.2译码显示电路元器件的选择..........................5七段发光二极管（LED）数码管........................52.3555定时器.......................................63各部分设计及其原理图...................................83.130秒循环计数器的原理图...........................83.2开关控制电路......................................93.3秒脉冲发生电路....................................93.4报警电路...........................................104总原理图.............................................105课设小结............................................116参考文献............................................12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CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXXXXO00000XXdcbadcba0111XXXX保持011XXXX加计数011XXXX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T7XX00导通2/3VCC1/3VCC11截止2/3VCC1/3VCC10导通2/3VCC1/3VCC1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dR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U174LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U4DCD_HEX_DIG_BLUEU3DCD_HEX_DIG_BLUE12345678VCC5V09XFG1VCC1310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