篮球30秒比赛定时器设计使用分解.docx
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篮球30秒比赛定时器设计使用分解
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
目录
1.设计目的………………………………………2
2.课程功能………………………………………2
3.原理框图………………………………………2
4.电路模块分析
4.1秒脉冲发生器………………………………2
4.2计数器电路…………………………………4
4.3译码显示电路………………………………5
4.4报警电路……………………………………9
4.5控制电路……………………………………9
5.原理图………………………………………10
6.课程设计总结………………………………11
7.参考文献……………………………………12
8.使用器件……………………………………12
1、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,也就是与外接元件有关,不受电源电压变化影响。
公式计算:
C2=0.01μF
T1=(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ui1>uR1,ui2>uR2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u11 当u11 4.2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 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 表174ls192功能表 MR CPU CPD P3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 × × × × × × × 0 0 0 0 0 0 × × D C B A D C B A 0 1 ↑ 1 × × × × 加计数 0 1 1 ↓ × × × × 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 CD4511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。 表2CD4511的工作真值表如表 输 入 输 出 LE BI LI D C B A a b c d e f g 显示 X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8 X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 消隐 1 1 1 X X X X 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 4.4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74L
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- 篮球 30 比赛 定时器 设计 使用 分解