30s倒计时-课程设计

电子技术课程设计报告设计题目：篮球竞赛30S计时器专业班级：08电气4班学生姓名：指导教师：设计时间：2010年12月22日机械电气工程学院电气工程系摘要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、还可以用来做时间提醒设备等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。篮球作为一项全民健身项目，已有一定的历史。在中国，篮球很盛行，篮球比赛也日趋职业化。篮球比赛中有一项违例时间要用倒计时器，目前多数采用的是24秒制，但随着篮球制度的改革将会采用30秒制。有需要就会有市场，因此设计一款30秒计时器是非常有必要也非常有前景的。该款计时器是在原来的基础上把24秒制改为30秒制。该计时器要有递减计时及报警功能。因此符合比赛中违例判罚的需要。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，数码管显示器全部显示为“0”；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。整个电路的设计借助于Multisim10.0.1仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim10.0.1下设计和进行仿真，得到了预期的结果。目录摘要.....................................1一、设计要求....................................31．设计一个篮球竞赛30S进攻时间限制计时器。.............3二、系统总体设计方案..........................3三、电路设计原理与设计电路....................43.1.脉冲发生电路..........................43.2.用555定时器构成多谐振荡器.......................43.3.计数器电路...................................63.4.译码显示电路...............................73.5.控制电路...................................103.6.仿真原理图...................................12四、所需电气元件................................14五、课程设计总结.................................15六、参考文献...................................16秒脉冲发生器计时器译码显示电路外部操作开关控制电路报警电路一、设计要求1．设计一个篮球竞赛30S进攻时间限制计时器。（1）具有显示30S的计时功能。（2）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。（3）计时器为30S递减计时时，其记时间隔为1S。（4）当计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，应发出声音警报。二、系统总体设计方案根据功能要求，绘制原理如图2.1所示。图2.1原理结构框图原理框图包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路5个部分。其中，计数器和控制电路时系统的主要部分。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30S字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/继续拨在暂停的位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停/继续拨在继续时，计数器继续递减计数。三、电路设计原理与设计电路我们可以用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为1秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能。3.1.脉冲发生电路555定时器555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。图3.1是NE555的内部功能原理框图和内部管脚图。图3.1555管脚图3.2用555定时器构成多谐振荡器用555定时器构成多谐振荡器电路如图3.2所示。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图3.3所示。图3.2555定时器构成的多系振荡电路图3.3555构成的振荡电路及波形输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:tW1＝0.7(R1＋R2)CtW2＝0.7R2CT＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2)C据要求，该系统中要使555构成的多谐振荡电路产生10Hz的脉冲，因此我84765553215R1R2ucC+VCCuo0.01µFtuo0tw2tw1tuc0CCV32CCV31T（a）5555555（b）们可以令R1=51k，R2=49k，C=9700nF，得到周期T=0.76107.9)49251(kk1.01s，3.3.计数器电路计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。图3.4是74LS192的管脚图。图3.474LS192管脚图74LS192具有下述功能：①异步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000。（此功能可实现计数器的清零）②异步置数：MR=0，PL=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。③保持：MR=0，PL=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态④加计数：CR=0,PL=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数⑤减计数：CR=0,PL=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数按照课程设计任务书要求，需要计时30s，并且显示到0s，因此该设计中需要用到一个三进制的减法计数器和一个十进制的减法计数器。我们可以用两片74LS192来实现这三个计数器。计数模块中的两片计数器的加计数器脉冲输入端都要接高电平，且要将低位片的借位信号加到高位片的减计数脉冲输入端。高位片计数器的借位信号控制报警信号，在进行减计数时，借位信号一直为高。30秒倒计时计数电路可以按照图3.5连接。接7448接7448接输入信号图3.530秒倒计时器的计数电路3.4.译码显示电路本次设计中我们用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成7段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的BCD码换成7段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS48。图3.6是74LS48的外部管脚图图3.674LS48管脚图七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下：灭灯输入BI/RBOBI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI＝0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入a～g均为0，所以字形熄灭。试灯输入LT当LT＝0时，BI/RBO是输出端，且RBO＝1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a～g均为1,显示字形8。该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。动态灭零输入RBI当LT＝1，RBI＝0且输入代码DCBA＝0000时，各段输出a～g均为低电平，与BCD码相应的字形0熄灭，故称“灭零”。利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。动态灭零输出RBOBI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT＝1且RBI＝0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，则RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT＝1，这时候，译码器各段a～g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。74LS48的功能表如下：74LS48功能表十进数或功能输入BI/RBO输出LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H11111101Hx0001H01100002Hx0010H11011013Hx0011H11110014Hx0100H01100115Hx0101H10110116Hx0110H00111117Hx0111H11100008Hx1000H11111119Hx1001H111001110Hx1010H000110111Hx1011H001100112Hx1100H010001113Hx1101H100101114Hx1110H000111115Hx1111H0000000BIxxxxxxL0000000RBIHL0000L0000000LTLxxxxxH1111111本次设计的译码显示电路可以按照图3.7连接电路图3.7译码显示电路图3.5.控制电路报警电路任务要求在计时器倒计时到7秒时发出低声警报，在倒计时到0秒时发出高声警报，因次我们可以将192的输出端按照下图连接，当192的高位到低位输出00001110x时（即倒计时到7秒时）可发出报警。当计时到0秒时最高位192的借位BO会由高电平跳变为低电平，蜂鸣器导通，这样就产生了报警信号。因此，按照图3.8也可以使蜂鸣器发声报警。由于蜂鸣器无法再Multisim中找到和应用，用灯泡代替。图3.8报警电路图暂停、置位、清零控制电路暂停/连续可以通过在将借位信号和暂停/连续控制信号和时序脉冲信号加到一起相与之后作用到个位计数器减计数脉冲输入端，即实现计数器递减计数到零时，显示器不灭灯。连接电路如下图的“暂停”，当开关打到低电平时计时器暂停，当开关打到高电平时计时器正常计时。启动置位可通过192的异步置数：MR=0PL=0时，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0来使计时器置位启动。LCAD（即PL）端的置位功能连接如3.9图。清零可以通过192的异步清零：MR=1时，Q3Q2Q1Q0=0000来使计时器清零。CLR（即MR）端的清零功能的电路连接如图3.