篮球30秒比赛定时器设计使用

河北工程大学科信学院课程设计说明书（2011/2012学年第二学期）课程名称：电子技术课程设计题目：篮球30秒倒计时专业班级：电气工程及其自动化（5）班学生姓名：学号：指导教师：马志钢设计周数：2设计成绩：2012年6月29日1目录1.设计目的………………………………………22.课程功能………………………………………23.原理框图………………………………………24.电路模块分析4.1秒脉冲发生器………………………………24.2计数器电路…………………………………44.3译码显示电路………………………………54.4报警电路……………………………………94.5控制电路……………………………………95．原理图………………………………………106.课程设计总结………………………………117.参考文献……………………………………128.使用器件……………………………………1221、课程设计目的1、综合运用数字电子技术课程知识，培养数字电路方案设计能力。2、对基础知识熟练掌握，使各学科的知识有机的串联起来，融会贯通。3、培养学生的逻辑思维能力。2、功能1、实现30S倒计时，并用七段ＬＥＤ数码管显示时间；2、能够实现置数，清零，暂停，报警功能；3、可以产生１Ｓ秒脉冲。3、原理框图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所示。它包括秒脉冲发生器、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。图130秒倒计时器原理框图4、电路模块分析4.1秒脉冲发生器用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，也就是秒脉冲发生器计数器译码显示控制电路报警电路路秒脉冲发生器计数器3与外接元件有关，不受电源电压变化影响。公式计算：C2=0.01μFT1=(R1+R2)C1ln2;T2=R2C1ln2;振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C1=1(s)若取C1=10μF，结合实际选取电阻为R15=600Ω,R16=300Ω。图2555多谐振荡电路图555定时器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。ui1是比较器c1的反相输入端，即阀值端，用TH表示。ui2是比较器c2的同相输入端，即触发端，用TR表示。uR1,uR2是c1和c2的基准电压。u0是控制电压输入端。RST是复位输入端。当RD=0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。正常工作时，R0=1。ui1和ui2分别为6端和2端的输入电压。当ui1uR1，ui2uR2时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，即uc1=0，uc2=1，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。当u11uR1，u12uR2时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，uc1=1，uc2=0，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。当u11uR1，u12uR2时，uc1=1,uc2=1,基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。44.2计数器电路图3计算器电路图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4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474LS192引脚图5表174ls192功能表MRP--L--CPUCPDP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01×××××××000000××DＣBADCBA01↑1××××加计数011↓××××减计数4.3译码显示电路此模块主要是由CD4511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。图5译码显示电路图4.3.1译码6CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，引脚排列如图6所示。其中abcd为BCD码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观。CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚如图6所示。图6CD4511译码器各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。7表2CD4511的工作真值表如表输入输出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐80111111000000消隐111XXXX锁存锁存4.3.1.1锁存功能译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。4.3.1.2译码功能CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据B、C进行组合，得出、、、四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。4.3.1.3消隐功能BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路消隐输出J的电平为J==（C+B）D+BI如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D据上式，当输入BCD代码从1010---1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。4.3.2显示共阴极七段LED显示器其管脚图如下图7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7共阴极七段LED显示器管脚图94.4报警电路当74LS192的输出端为0时，经过报警电路的非门为1，则电路导通，促使发出报警信号，开关闭合时报警停止。如图8所示：图8报警电路图4.5控制电路由555多谐振荡器和与门控制电路的清零，555多谐振荡器产生的秒脉冲作为与门的一个输入端，一号开关和电阻相连做为与门的另一个输入端，该与门的输出端和74LS192的13号脚作为另一与门的输入端，通过一号开关即可控制电路的清零。电路的预置清零端由2号开关里连接两个74LS192的置数端即可控制。如图9，图10所示：图9控制电路1图10控制电路2105.原理图图10原理图116.课程设计总结通过这两周的课程设计，我充分的体会到了，实践，是检验真理的唯一标准。只有理论是远远不够的，只有把理论和实践相结合起来，才能真正的体会到这两周以来的最大收获。我们组这次做的课程设计的题目是篮球30秒倒计时，这也是我们在大学中第一次做课设，印象非常深刻，在做这次课程设计的过程中，我学习到了很多在课堂上学不到的东西。首先对protel软件有了初步的了解，学会了用它怎样来画一些简单的电路图，里面有很多的细节问题，电阻、电容、三极管、数码管、CD4511、555计数器、74LS192、74LS08的应用和管脚的连接，大致的了解了封装的概念。更加充分的理解了我们课堂上数电模电的理论知识和实践相结合的重要性。其次，在做电路板的过程中也学到了许多东西，电路板首先要印刷，腐蚀，再接着就是打孔，打磨，涂抹松香。最后就是安装元器件焊接电路板了。其实安装是挺关键的一个步骤，如果安装反了，就会功亏一篑。安装的过程中体会到了管脚的巨大作用，一些元器件的正负极和三极管的极性的连接是很重要的，这些知识都是大二上学期电子实训当中老师讲过的知识点，比如，三极管的e、b、c的判断问题，这也充分体现了大学知识的连贯性。电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利用计算机来辅助分析和设计，这对我们来说是非常重要的。随着社会快速的发展，我相信以后的生活中将离不开这些数字化的设备，现在也能充分的体现着一点，例如，数字电视，遥控控制的一些设备等等。作为21世纪的大学生，我们必须学好现在的文化知识，更重要的是理论和实践的相结合的重要性，将来才能为社会贡献一份自己的微薄的之力，这样才能实现我们大学的个人价值。最后，通过检测调试这次我们的课程设计设计的非常成功，最后的成功离不开马老师的帮助和指导和小组每个成员的付出和努力，感谢马老师这两周以来对我们的帮助和指导。虽然这次课程设计结束了，但是以后的课设还很多，这只是大学的一个好的开端，为大学以后的几年打下良好的基础，我会坚持这种学习务实的习惯，并且我会更加重视理论与实践相结合的重要性，通过这次的锻炼知道了自己的不足之处，这会激励我在以后的学习中更加努力学习的能力，最后祝愿马老师假期愉快。127．参考文献[1]赵文博.新型常用集成电路速查手册.北京：人民邮电出版社，2006.1[2]康华光.电子技术基础数字部分(第五版).北京：高等教育出版社，20