8篮球比赛24秒倒计时器设计.docx
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8篮球比赛24秒倒计时器设计
中北大学
课程设计说明书
学生姓名:
学号:
学院:
信息与通信工程学院
专业:
电子信息科学与技术
题目:
篮球比赛24秒倒计时器设计
指导教师:
程耀瑜职称:
教授
指导教师:
李文强职称:
讲师
2014年1月3日
一、设计目的
本课程设计主要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求,培养学生在查阅资料的基础上,进行实用电路设计、计算、仿真、调试等多个环节的综合能力,同时培养学生用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。
另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
二、设计内容和要求
(1)掌握24秒计时电路的设计、仿真与调试;
(2)掌握计时暂停、清零电路的设计、仿真与调试;
(3)掌握计时显示电路的设计、仿真与调试(计数范围0~24S,±1S精度,2位数码显示);
(4)掌握计时开始和计时终止报警电路的设计、仿真与调试;
(5)掌握方案设计与论证;
(6)掌握用相关软件进行电路图设计、仿真,以及对仿真结果的分析、总结。
三、总体参考方案
包括秒脉冲发生器、计数器、译码与显示电路、报警电路和控制电路(辅助时序控制电路)等五个部分组成。
计时电路递减计时,每隔1秒钟,计时器减1。
其中计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成24秒计时功能,而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数器、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯等功能。
当计时器递减计时到零(既定时时间到)时,显示器上显示00,同时二极管闪亮。
设计思路:
秒脉冲信号经过递减计数器,译码器,再由数码管显示出来,中间包括控制电路。
四、主要元器件原理介绍
1、共阴极数码管
数码显示器可显示系统的运行状态及工作数据,我们所选用的是发光二极管(LED)显示器,它分为两种,共阴极(BS201/202)与共阳极(BS211/212),我们所选的是共阴极,它是将发光二极管的阴极短接后作为公共极,当驱动信号为高电平时,阴极必须接低电平,才能够发光显示。
共阴极数码管的外引脚及内部电路如图
(2):
图
(2)共阴极数码管的外引脚及内部电路
2、七段显示译码器74LS48
驱动共阴极显示器的译码器输出为高电平有效,所以选用74LS48驱动共阴极的发光二极管显示器。
下图是74LS48外引线排列图(3)与功能表
(1):
图(3)74LS48外引线排列图
表
(1)74LS48功能表
输入
输出
显示数字符号
1100001
1x00011
1x00101
1x00111
1x01001
1x01011
1x01101
1111110
0110000
1101101
1111001
0110011
1011011
0011111
0
1
2
3
4
5
6
1x01111
1x10001
1x10011
1110000
1111111
1110011
7
8
9
xxxxxx0
1000000
0xxxxx1
0000000
0000000
1111111
熄灭
熄灭
8
74LS48工作原理:
译码器输入端为二进制码,经译码器后,输出端分别与七段显示器的的输入端对应连接。
⑴消隐(灭灯)输入端BI为低电平有效。
当消隐(灭灯)输入端BI=0时,不论其余输入端状态如何,所有输出为零,数码管七段全暗,无任何显示;当消隐输入端BI=1时译码器译码。
⑵灯测试(试灯)输入端LT为低电平有效。
当灯测试(试灯)输入端=0(/=1)时,不论其余输入端状态如何,所有输出为1,数码管七段全亮,显示8。
可用来检查数码管、译码器有无故障;当灯测试输入端LT=1时译码器译码。
⑶脉冲消隐(动态灭灯)输入RBI为低电平有效。
当RBI=1时,对译码器无影响;当BI=LT=1时,若RBI=0,输入数码是十进制的零时,数码管七段全暗,不显示;输入数码不为零时,则照常显示。
在实际使用中有些零是可以不显示的,如004.50中的百位的零可不显示;若百位的零可不显示,则十位的零也可不显示;小数点后第二位的零,不考虑有效位时也可不显示。
脉冲消隐输入RBI=0时,可使不显示的零消隐。
3、8421BCD码递减计数器
计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计较为简便。
74LS192是十进制可编程同步加锁计数器,它采用8421码二-十进制编码,并具有直接清零、置数、加锁计数功能。
其中CPU、CPD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端(上升沿有效)。
LD是异步并行置数控制端(低电平有效),CO、BO分别是进位、借位输出端(低电平有效),CR是异步清除端,D0~D3是并\行数据输入端,Q3~Q0是输出端。
我们将用到的是它的减计数功能。
下图是74LS192外引线排列图与功能表:
图(4)74LS192外引线排列图
表
(2)74LS192功能表
操作
74LS192的工作原理是:
当/LD=1,CR=0时,若时钟脉冲加入到CPU端,且CP置数=1,则计数器在预置数的基础上完成加计数功能,当加计数到9时,/CO端发出进位下跳变脉冲;若时钟脉冲加入到CPD端,且CPU=1,则计数器在预置数的基础上完成减计数功能,当减计数到0时,/BO端发出借位下跳变脉冲。
由74LS192构成的24递减计数器其预置数为N=(00100100)8421BCD=(24)10。
它的计数原理是:
只有当低位/BO1端发出借位脉冲时,高位计数器才作减计数。
当高、低位计数器处于全零,且CPD为0时,置数端/LD2=0,计数器完成并行置数,在CPD端的输入时钟脉冲作用下,计数器再次进入下一循环减计数。
图(5)24进制减法计数器
4、555振荡模块
如下图,由NE555构成的多谐振振荡器,接通电源后,电容C1被充电,VC上升,当VC上升到2/3VCC时,触发器被复位,同时放电BJTT导通,此时V0为低电平,电容C通过R2和T放电,使VC下降,当下降至1/3VCC时,触发器又被置位,V0翻转为高电平。
当C放电结束时,T截止,VCC将通过R2和R1、RE向电容器充电,VC由1/3VCC上升到2/3VCC。
当VC上升到2/3VCC时,触发器又发生翻转,如此周而复始,在输出端就得到一个周期性的方波,其周期为:
T=0.7[(R1+2R2)C]。
在这里我们选择R2=68K,C1=10uf,只要用一个可变电阻器代替R1,并将它调至7K即可输出1HZ,达到要求。
图(6)由NE555构成的多谐振振荡器
表(3)所用元器件的编号列表
元件名称
型号
数量
备注
数码管
共阴极
2
七段译码显示器
74LS48
2
16脚
8421BCD码计数器
74LS192
2
16脚
脉冲电路
555
1
8脚
三输入与非门
74LS10
1
反相器
74LS04
1
电容
电解
若干
色环电阻
Rest
若干
发光二极管
LED
1
开关
按键、拨动
2
电线
若干
五、电路原理图及仿真结果
Protel99设计的电路原理图:
Proteus对电路的仿真图:
计时开始:
24秒(此时开关SW1闭合,开关SW2打开)
打开开关SW1计时开始后,关闭开关SW2计时暂停:
计时终止报警电路LED亮。
由NE555构成的多谐振振荡器仿真结果分析:
统计图中一小方格为1ms。
由图中多谐振荡器发出的波形可得该CP脉冲的周期为0.995s,与要求的1s周期的误差有0.005s。
仿真结果分析:
接通电源,闭合开关SW1、打开SW2,给计数器置数24,打开SW1,减法计数器接收555定时器构成的多谐振荡器周期为1秒的cp脉冲,开始递减,经译码器显示在数码管上。
当闭合SW2时,74LS10一端输入经SW2接地,与非门输出为1,再经非门为0,减法计数器此时不接收到cp脉冲。
停止递减,LED灯亮报警。
当减法计数器递减为0时,此时仿真图中U3(74LS192)的13(/BO)端为0,二极管导通,实现终止报警电路的功能。
六、心得体会
在此次课程设计中,我将课本理论知识与实际应用联系起来。
按照书本上的知识和老师讲授的方法,首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要求,然后按照分析的结果进行实际的软件连接操作,检测和校正,再进一步完善电路。
在其中遇到一些不解和疑惑的地方,还有出现的一些未知问题,我们都认真分析讨论,然后对讨论出的结果进行实际检测校正,对一些疑难问题我们也认真向相关老师询问请教,和老师一起探讨解决。
通过此次电路设计,我们加深了对课本知识的认识理解,对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。
也对数字电子技术有了更深的认识。
要做好本次的课程设计,熟练地掌握课本上的理论知识是前提。
这样才能对试验中出现的问题进行一定的分析和解决。
当然能完成本次设计,更离不开老师辛勤地指导,感谢老师的细心教导,感谢团队的积极合作。
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- 关 键 词:
- 篮球比赛 24 计时器 设计