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报告
目录
摘要2
1计时器概述及元件介绍2
1.1篮球竞赛24秒计时器功能2
1.2主要参考器件介绍3
1.2.174LS483
1.2.2555定时器3
1.2.374LS1924
2电路设计原理与单元模块5
2.1设计原理5
2.2设计方案5
2.2.1设计方案一5
2.2.2设计方案二7
2.3单元模块8
2.3.1显示电路8
2.3.2计数控制电路9
2.3.3时钟脉冲信号电路10
2.3.4报警信号电路11
3问题及解决方法12
4结束语12
参考文献12
附录13
篮球24秒记时器的设计与制作
摘要
本课程设计,设计了篮球竞赛24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。
本次设计的24秒计时器电路,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。
关键词:
计数报警信号脉冲信号译码显示
1计时器概述及元件介绍
1.1篮球竞赛24秒计时器功能
在篮球比赛中,规定了球员的持球时间不能超过24秒,否则就犯规了。
本课程设计的“篮球竞赛24秒计时器”,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,它自动的报警从而判定此球员的犯规。
本设计主要能完成:
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24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。
1.2主要参考器件介绍
1.2.174LS48
74LS48输入信号为BCD码,输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线,另有3条控制线。
端为测试端。
在端接高电平的条件下,当
时,无论输入端A、B、C、D为何值,a~g输出全为高电平,使7段显示器件显示“8”字型,此功能用于测试器件。
端为灭零输入端。
在
,条件下,当输入A、B、C、D=0000时,输出a~g全为低电平,可使共阴LED显示器熄灭。
但当输入A、B、C、D不全为零时,仍能正常译码输出,使显示器正常显示。
RBO端为消隐输入端。
该输入端具有最高级别的控制权,当该端为低电平时,不管其他输入端为何值,输出端a~g均为低电平,这可使共阴显示器熄灭。
另外,该端还有第二功能——灭零信号输出端。
当该位输入的A、B、C、D=0000时,此时输出低电平;若该位输入的A、B、C、D不等于零,则输出高电平。
若将与配合使用,很容易实现多位数码显示时的灭零控制。
74ls48功能表见附录表1-1
74LS48引脚图如图1.1
图1.174LS48引脚图
1.2.2555定时器
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,也就是与外接元件有关,不受电源电压变化影响。
其引脚图1.2
图1.2555定时器引脚图
1.2.374LS192
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。
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CP+端,端接到下一级的CP-端即可。
D3-D0是并行数据输入殿,Q3-Q0是输出端。
74ls19功能表如表1-1
表1-174LS192功能表
操作
×
×
×
1
清零
×
×
0
0
置数
↑
1
1
0
加计数
1
↑
1
0
减计数
1
1
1
0
保持
74LS192引脚图如图1.3
图1.374LS192引脚图
2电路设计原理与单元模块
2.1设计原理
24秒计时器包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路(简称控制电路)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。
秒脉冲发生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。
报警电路在实验中可用发光二极管和鸣蜂器代替。
主体电路:
24秒倒计时。
24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关,比赛开始后,24秒的置数端无效,24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时,逐秒倒计到零。
选取“00”这个状态,通过组合逻辑电路给出截断信号,让该信号与时钟脉冲在与门中将时钟截断,使计时器在计数到零时停住。
2.2设计方案
2.2.1设计方案一
24秒计时器的总体参考方案框图如图2.1:
图2.124秒计时器的总体参考方案框图
总体电路说明:
倒计时功能主要是利用192计数芯片来实现,同时利用反馈和置数实现进制的转换,以适合分和秒的不同需要。
由于该系统特殊的需要,到计时器到零时,通过停止控制电路使计数器停止计数并发出蜂鸣警报。
24秒计时器设计总电路图如图2.2
图2.224秒计时器设计总电路图
电路说明:
由555定时器输出秒脉冲经过74ls11输入到计数器U1的CPD端,作为减计数脉冲。
当计数器计数计到0时,U2的(13)脚输出借位脉冲使十位计数器U1开始计数。
当计数器计数到“00”时应产生报警信号,并且保持“00”不变。
本电路将十位的计数器U1借位端连接个非门,并且将U1借位端同时连接到74LS11的输入端,这样当递减计数十位变成0时,产生借位信号,为低信号,与脉冲信号相与以后整体输出为低信号输入到U2的CPD端,使其不能继续计数使时钟信号失去作用,同时LED发光二极管亮,即光报警。
按下J1时,置入“24”,在脉冲信号下计数器开始计数。
若需要暂停时,断开J3,低电平与振荡信号相与后始终为为低电平,使计数器保持不变,合上J3后,计数器继续计数。
(1)J1:
手动复位按钮。
当断开J1时,不管计数器工作于什么状态,计数器立即复位到预置数值,即“24”。
当合上J1时,计数器从24开始计数。
(2)J2:
清0开关。
当合上J2时,显示“00”。
断开J2则继续计数。
(3)J3:
暂停按钮。
当“暂停/连续”开关处于“暂停”时,计数停止计数,
显示器保持不变,当此开关处于“连续”开关,计数器继续累计计数。
2.2.2设计方案二
设计二的总体框图与设计一一样,但设计思路和元件不同。
方案二设计电路图如图2.3
由555定时器输出秒脉冲经过R30输入到计数器IC4的CD端,作为减计数脉冲。
当计数器计数计到0时,IC4的(13)脚输出借位脉冲使十位计数器IC3开始计数。
当计数器计数到“00”时应使计数器复位并置数“24”。
本电路利用从“00”到“99”时,通过与非门,使电路置数到“24”并且保持该状态。
由于“99”是一个过渡时期,不会显示出来,所以本电路采用“99”作为计数器复位脉冲。
当计数器由“00”跳变到“99”时,利用个位和十位的“9”即“1001”通过与非门IC5去触发Rs触发器使电路翻转,从11脚输出低电平使计数器置数,并保持为“24”,同时LED发光二极管亮,蜂鸣器发出报警声,即声光报警。
按下J1时,Rs触发器翻转11脚输出高电平,计数器开始计数。
若需要暂停时,按下J2,振荡器停止振荡,使计数器保持不变,断开J3后,计数器继续计数。
图2.3方案二设计电路图
经过比较,方案一制作比较简单方便,并且相对来说节约原料和更加节能,所以选择方案一进行制作设计。
2.3单元模块
2.3.1显示电路
显示电路电路图如图2.4
图2.4显示电路电路图
说明:
显示电路部分采用七段数码显示管和74LS47译码器构成。
译码器的LT,RBI,BI/RBO都接高电平,ABCD接74LS192的输出端。
译码器的输出端分别接数码管的输入端。
2.3.2计数控制电路
控制计数电路图如图2.5
图2.5控制计数电路
说明:
计数控制电路主要由74LS192构成。
连接如图。
期中OA,OB,OC,OD分别接译码器的输入端。
开关J1置数开关(即启动计数开关)。
开关J2连在清0端,具有清0功能。
2.3.3时钟脉冲信号电路
时钟脉冲信号电路如图2.6
图2.6时钟脉冲信号电路
说明:
脉冲信号主要由555构成,其中555输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算:
、
、
当
时,把
代入三要素方程。
于是可解出:
、
、
当
时,
代入公式,于是可解出:
振荡周期
T
本设计中产生周期为1秒的脉冲,可以使
、
、
2.3.4报警信号电路
报警信号电路如图2.7
图2.7报警信号电路
说明:
报警电路由一个非门和一个二极管构成。
非门的输入端接74LS192计数器十位的进位端。
当00时,十位产生借位信号“0”经过非门后二极管点亮,产生报警。
3问题及解决方法
在设计电路和连接电路中,难免会有些问题。
比如在连接电路时容易搞忘连接一根导线。
又理论设计和实物连接时有所不同。
比如按照电路图连接好实物后,运行发现会产生跳变,于是我们在暂停开关处加了一个D触发器,防止跳变产生。
其他大体上问题不大,唯一需要的就是连接电路要认真。
4结束语
本次课设是本人到目前为止觉得最有意义也是收获最大的一次实习。
身为电气工程系的学生,设计是我们将来必需的技能。
而这次课设恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的平台。
从通过理论设计,到仿真软件仿真,再到确定具体方案。
整个过程都需要我充分利用所学的知识进行思考、借鉴。
可以说,本次课设是针对前面所学的知识进行的一次比较综合的检验。
总的来说,这次课设虽然累,但非常充实。
在这次实习中,正确的思路是很重要的,只有你的设计思路是正确的,那你的设计才有可能成功。
因此我们在设计前必须做好充分的准备,认真查找详细的资料,为我们设计的成功打下坚实的基础。
如果说前面电路的理论设计是一件多么令人头痛的事,那么安装、调试过程则是一个考验人耐心的过程,对电路的安装、分析、调试要一步一步来,不能急躁。
因为是在仿真软件上较理论上还是存在一定的差距,仿真能出来结果的在实际电路不一定就能出来,这就需要我们有耐心,寻找一个比较正确的调试方法。
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。
参考文献
[1]伍时和.数字电子技术基础.北京.清华大学出版社.2009
[2]吴友宇.模拟电子技术基础.北京.清华大学出版社.2009
[3]CharlesK.AlexanderMatthewN.O.sadiku.电路基础(第3版)(双语版).清华大学出版社.2008
附录
附录一:
所需原件:
7段数码显示管(2个)、74LS47译码器(2个)、74LS192计数器(2个)74LS11三与门(一个)、74LS05非门(一个)、555定时器(一个)、开关(3个)、发光二极管(一个)、电阻(20kΩ、62KΩ各一个)、电容(10uf、0.1uf各一个)、导线若干、直流电源(5V)、面包板
附录二:
表1-174ls48功能表
功能或数字
输入
输出
显示字形
a
b
c
d
e
f
g
灭灯
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
0
0
灭灯
试灯
0
×
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
8
动态灭灯
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
灭灯
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
×
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
1
2
1
×
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
2
3
1
×
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
4
1
×
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
4
5
1
×
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
5
6
1
×
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
6
7
1
×
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
8
1
×
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
8
9
1
×
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
9
10
1
×
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
无效输出
11
1
×
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
12
1
×
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
13
1
×
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
14
1
×
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
15
1
×
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
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