苏州科技大学天平学院数字电子技术课程设计报告.docx

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1、苏州科技大学天平学院数字电子技术课程设计报告课设名称篮球竞赛24秒计时器设计班级通信1722学生姓名XXX学号XXX设计日期2019年4月8日4月22日指导教师XXX一、设计题目篮球竞赛24秒计时器设计二、主要内容设计要求：1 .具有24秒计时功能。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 .在直接清零时，要求数码显示器灭灯。4 .计时器为24秒递减时，计时间隔为1秒。5 .计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯,发光二极管亮灯。三、具体要求（1）具有显示24s倒计时功能：用两个共阴数码管显示，其计时间隔为IsO（2）分别设置启动键和暂停/继续键，控制两个计时器的直

2、接启动计数，暂停/继续计数功能。（3）设置复位键：按复位键可随时返回初始状态，即进攻方计时器返回到24sO（4）计时器递减计数到“00”时，计时器跳回“24”停止工作，并给出声音和发光提示，即蜂鸣器发出声响和发光二极管发光。目录前言41、总体设计思路、基本原理和框图51.1设计思路51.2设计原理和功能错误味定义书签。1.2.1基本功能错误保定义书签。1. 3总体设计框图错误!未定义书签。2、单元电路设计错误!未定义书签。1.1 各芯片的用法和功能错误保定义书签。1. 1.174LS00错误!未定义书签。2. 1.2555定时器错误味定义书签。3. 1.374LS192错误床定义书签。2. 2

3、单元模块错误!未定义书签。2. 2.1秒脉冲发生模块错误保定义书签。3. 2.2倒计时模块错误保定义书签。4. 2.3控制电路模块错误保定义书签。5. 2.4报警提示模块错误保定义书签。3、电路仿真调试（总电路图）错误保定义书签。5.1 总电路图错误!未定义书签。5.2 仿真调试错误!未定义书签。3. 2.1启动功能错误!未定义书签。3. 2.2复位功能错误保定义书签。3. 2.3暂停功能错误保定义书签。6. 2.4自动停止、复位功能错误味定义书签。4、故障分析与电路改进错误味定义书签。7. 1故障分析和解决错误保定义书签。8. 2电路改进错误!未定义书签。5、设计总结错误!未定义书签。6、元

4、件清单217、参考文献22前言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的应用是相当普遍的。在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就违例了。本课程设计“智能篮球比赛倒计时器的设计”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间24秒限制。一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动报警从而判定此球员的违例。本设计主要

5、能完成一下功能：显示24秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接复位、启动和暂停/继续功能；在直接复位时，数码管显示为“24”；计时器为24秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到“00”时，数码显示器不灭灯，并且直接回到“24”，同时报警电路发出光。整个电路的设计借助于Multisim仿真软件以及数字电路相关理论知识，并在Multisim下设计和进行仿真，得到了预期的结果。1、总体设计思路、基本原理和框图1.1 设计思路本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球比赛24秒倒计时器。此计时器功能齐全，具有直接复位、启动、暂停继续以及光电报警功能，同时使用了两个共阴极数码管来

6、显示时间。此计时器有了启动、暂停和继续功能，可以方便地在中途实现暂停计时功能。当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下5个部分组:秒信号产生模块、计时模块、控制模块、译码显示模块以及报警电路模块。在设计此倒计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。篮球比赛24秒倒计时系统的主要功能包括：进攻方24秒倒计时和计时结束警报提示。秒信号产生电路由555定时器构成的多谐振荡器和74LS90构成的分频器构成，为计数电路提供计数秒脉冲。攻方24秒倒计时，当比赛准备开始时，屏幕上显示24秒字样，当比赛开始后，倒计时从24逐秒倒数到00。这一计时模

7、块主要是利用双向计数器74LS192来实现；控制电路主要利用SR锁存器的锁存功能和计时电路的反馈信息来控制电路的计时模块，以实现倒计时器的多项功能。当计数器计时到零时，警报电路给出发光提示和提示音。这部分电路主要通过一些门电路来实现。1.2 设计原理和功能篮球比赛24秒倒计时器的总体电路包括秒脉冲发生电路、计数电路、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。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接复位、启动计数、暂停/继续计数、显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，本电路采用555定时器

8、组成的多谐振荡器产生秒脉冲信号。显示电路采用共阴极数码管对计数器的输出信号直接进行译码显示。报警电路在实验中可用发光二极管和蜂鸣器代替。主体电路：24秒倒计时部分由74LS192计数器组成的计数电路完成。计数芯片清零端接低电平，并使计数器工作在减计数状态。系统启动后，计数器的置数端无效，24秒倒计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。利用计数器减计数到“00”状态后将自动跳变到“99”状态继续进行倒计时这一特点，将短暂出现的“99”状态信息通过与非门反馈到控制电路，使控制电路控制计数器的置数端持续有效，电路回到“24”状态并停止计时。另外，在控制电路中还设置了控制开关来实现电路的启动、直接复位以及

9、暂停/继续等功能。1.2.1 基本功能本电路基本功能主要包括启动、直接复位、暂停/继续等功能，这些功能的实现由控制电路的控制作用来完成。启动功能：控制电路部分主要由与非门组成的SR锁存器和一些门电路、控制开关组成。在保证74LS192双向计数器工作在减计数状态的前提下，将其置数端接在控制电路SR锁存器的输出端。在按下启动键Jl之前，锁存器输出为低电平，置数端有效，计数器处于置数状态。当按下Jl后，锁存器输出翻转为高电平，置数端无效，计数器进入计数状态。直接复位功能：单刀双掷开关J3为复位键，当其接在锁存器输出端时，计数器按照其他控制信号正常工作，当按下J3将其接地时，计数器置数端被置零处于有效

10、状态，计数器直接复位为“24”当再次按下开关时，计数器再次工作进入计数状态。暂停/继续功能：开关J2为暂停/继续键，当其断开时多谐振荡器产生的秒脉冲信号被截断，因而计数器暂停计数并保持；当开关J2闭合时，秒脉冲信号接通继续为计数器提供脉冲信号，计数器继续进行计数。1. 3总体设计框图图LI总设计框图2、单元电路设计1.1 各芯片的用法和功能2.1.174LS0074LSOO为二输入与非门，本电路利用其构成了SR锁存器和其他一些基本功能。与非门逻辑功能为两输入端有“0”为“1”，全“1”为“0”。两输入与非门74LSOO引脚图如图2.1所示。图2.174LSOO引脚图2.1.2555定时器555

11、定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制与检测电路中。555定时器的内部电路由分压器、电压比较器G和C2、简单SR锁存器、放电三极管T以及缓冲器G组成，其内部结构图如图2.2所示。Vcc:皿Cn图2.2555定时器内部结构图本电路采用555定时器构成的多谐振荡器产生脉冲信号。用555定时器构成的多谐振荡器如图2.3(a)所示。接通电源后，电容C被充电，当VC上升到2Vcc3时，是V0为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过Rz和T放电，VC下降。当VC下降到Vcc/3时，翻转为高电平。电容器C放电所需时间为tl=R2CIn2

12、0.7R2C当放电结束时，T截止，VCC将通过用、K向电容器C充电，VC由Vcc/3上升到2Vcc3所需时间为tpH=(R1+R2)CIn20.7(R1+R2)C当VC上升到2Vcc3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到了一个周期性的举行波。电路的工作波形如图2.3(b),器振荡频率为f=l(tPL+tpH)1.43(R1+2R2)C,.oy(a)电路图(b)工作波形图2.3由555定时器组成的多谐振荡器2.1.374LS19274LS192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。当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的

13、CP+端,端接到下一级的CP一端即可。74192功能表和引脚图如图2.6、C7所示:UPDOWNTdCLR操作XX1油令00置数t110加计数1t10减计数1110保持74LS192D图2.674LS192功能表图2.774LS192引脚图图中：LOAD为置数端，接低电平是预置数置入，正常计数时接高电平；CLR为清零端，接高电平时计数器清零；UP为加计数端，DOWN为减计数端，实现加计数时DOWN接高电平，UP接脉冲信号，实现减计数时UP接高电平，DOwN接脉冲信号；C0为进位输出端，B0为借位输出端；A、B、C、D为计数输入端；QQbQoQD为数据输出端。2.2单元模块2. 2.1秒脉冲发生

14、模块秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路和74LS90构成的分频器完成。电路图如图2.7所示，首先由多谐振荡器产生频率为100OHz的周期矩形波信号，然后经过分频器分频最终得到频率为IHZ的脉冲信号。当开关闭合时，分频器输出的频率为IHZ的脉冲信号输入到74LS192中；当开关断开时，没有脉冲输入74LS192中，故74LS192处在保持状态，即实现暂停功能。2. 2.2倒计时模块24秒倒计时电路。这部分电路的主体部分在时钟脉冲的输入情况下工作，下面进行具体分析。计数器的倒计时功能。用两片74LS192分别做个位（低位）和十位（高位）的倒计时计数器，由于本系统只需要从开始时的“24”

15、倒计到“00”然后停止，所以，这里的高位不需要做成六十进制的计数器。因为预置的数不是“00”，所以我选用置数端LoAD来进行预置数。低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。两片计数器具体接法。VccUP接+5V电源，GND接地；时钟脉冲输出后接到低位的DOwN,然后从低位BO接到高位的DOWN；低位输入端C、高位输入端B接电源，其他引脚和CLR都接地。LOAD接到开关S3的非活动端。电路图如图2.8所图2.9秒脉冲产生电路2.2.3控制电路模块倒数计数器到零时，需要将电路转换到“24”并且停住。现在选取计数器到零的状态24秒计到“00”，从两片74LS192芯片的输出引脚Qp引出线接到二脚与非门，当计数器从“00”状态转换到“99”时，用与非门把该状态转换成低电平（其余时间为高电平）控制方。使电路转换到“24”。由于数字99是在很短的时间才能看到，用肉眼是看不到的，于是能实现从“00”到“24”的转换。再通过与非门所组成的触