篮球30s计时器课程设计带仿真效果图模块分析详细武汉科技大学.docx

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篮球30s计时器课程设计带仿真效果图模块分析详细武汉科技大学

一、

二、

三、设计任务与要求

设计任务：

设计一个篮球竞赛30S计时器

基本要求：

1、计时器为30S递减计时，计时间隔为1S

2、设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能

3、计时器递减计时到零时，数码显示器闪烁，同时发出报警信号

四、方案论证与设计

该设计主要由一个555芯片产生一个时钟脉冲，通过控制电路直接加在递减计时芯片74ls192上，通过七段译码显示电路直接译码显示。

一：

用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，再将该脉冲信号加到由74LS161构即周期为1秒，接着将该信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS248把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段输出，这样加在led七段数码管上显示十进制数，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、报警等功能。

二：

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，再将该脉冲信号送到DCD_HEX芯片上，经过DCD_HEX内部译码，使LED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、报警等功能。

方案选择：

通过原理分析和仿真实验等步骤比较后，采用方案二，更简洁、方便、易于实现和各个功能。

五、单元电路设计与电路原理

本设计分为五个部分，脉冲震荡电路、递减计时电路、译码显示电路、报警电路、最后控制电路。

如下系统框图

图1篮球计时器系统整体框图

下面是各个单元电路，如下一一赘述：

1、脉冲振荡电路

该电路由一个555芯片组成：

555芯片的工作原理见下表1

表1555工作电压表

输入

输出

阈值输入1

触发输入2

复位rst

输出out

放电管

X

X

0

0

导通

<2/3VCC

<1/3VCC

1

1

截止

>2/3VCC

>1/3VCC

1

0

导通

<2/3VCC

>1/3VCC

1

不变

不变

原理图如下：

图2555脉冲发射电路

如上图所示：

555电路脉冲计算周期为：

T=（R1+2R2）C㏑2；在本图中r1=47K，r2=48k，C=0.1u。

计算下来周期大约为1s钟。

2、递减计时电路

该电路由两个74LS192芯片组成，实现30进制的递减计时功能，U2a,b,c,d以及U1c,d输入端全部接地，U174ls192a,b输入端接高电平，实现30进制计数功能。

74ls192功能表如下：

表274ls功能表

输入

输出

MR

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

单元电路图如下：

图2递减计时电路

图中U1的down端接在U2的bo端，构成30s递减计数器。

3、译码显示电路

该译码显示电路选用的是集成译码功能与七段显示功能于一体的DCD_HEX芯片，运用该芯片，使电路开机来简洁，避免了有可能出现的比必要错误。

图3译码显示电路

如上图，直接将两块数码管接在U1、U2端实现译码显示功能。

4、报警电路

报警电路主要由一个喇叭和一个555多谐振荡器组成。

原理图如下：

图4报警电路

如上图，上面三个74ls02d直接接在U1的Qc、Qd、U2的Qa、Qb、Qc、Qd输出端，当计数到零时，产生了6个低电平脉冲通过74ls02d接在74ls110上，使55rst端接受到一个高电平，助使555复位，输出脉冲，作用与喇叭并报警。

5、控制电路

控制电路由两个单刀双掷开关j4、j5和一个单刀单掷开关j1组成。

它们的功能如下：

J1开始；J4暂停、继续；J5复位清零；

图5控制电路

如上图，J1断开，U1端a、b端接上高电平，显示器上显示30并开始递减计数，

六、总原理图及元件清单

通过以上分析，得总原理图如下：

图6总体原理图

表3元件清单

元件清单：

555_virtual

2个

74ls04d

3个

电阻电容

若干；

DCD_HEX

2个

74ls08d

2个

开关

74ls02d

3个

74ls20d

1个

单刀单掷

1个

74ls192d

2个

74ls110d

1个

单刀双掷

2个

七、电路功能测试方案

1、首先测试555脉冲。

将示波器接在555芯片的out端，开始仿真，并断开J1开关。

双击示波器，如下图：

图7脉冲发射端仿真效果

图8555工作稳定后的效果

脉冲周期逐渐趋与平稳，显示器开始计时，该功能正常。

2、测试复位电路

当显示器正在计时时，单击开关J5，使其接上高电平，显示清零。

如图：

图9测试复位清零

3、测试暂停/继续开关

当显示器正在计时时，单击下开关J4，计时暂停；再单击下J4计时继续。

图10暂停、继续功能测试

4、报警电路测试

将示波器接在A1555out端，打开电路仿真开关，使计时30s并到零，发现out端脉冲输出有很明显的幅度变化，从零立即升为9V。

报警测试比较成功。

图11计时到零时，报警电路的电压变化

图12报警电路稳定电压图

如上图：

稳定后A1的稳定脉冲。

八、结论与心得

这次课程设计很好的锻炼了自己的知识实际应用能力，使自己回顾了以前学过的数模电知识，并基本学会了multisim软件的基本用法，在一定程度上提高了自己的实践能力。

在写这篇报告之前，通过网上查找相关芯片资料，参考书籍，以及同学的帮助。

老师的指导，终于完成了该电路原理图的设计，虽然在一些功能理论上支持，但是实际仿真却达不到理想效果，比如，当电路仿真开关打开时，555芯片却不能立即产生1s脉冲，而是延迟一段时间，才开始发出脉冲，而且该脉冲也不是很稳定，有时无缘由的停下，但是经过自己细心的检查，发现电路图无任何问题等。

在画电路图的时候，电路布线错综复杂，很容易连错，比如本人第一次在仿真时，当打开开关J1时，显示器显示70，经检查，发现是把U1的c端接上了高电平等。

总之，在这次设计中，在自己学到了很多东西的同时，也发现了自己的很多不足，比如自己对一些芯片知之甚少，我相信我一定会在以后的学习中多多努力。

在此，一并感谢在这次课程设计中给予我帮助和鼓励的同学和老师、以及网上的相关作者，谢谢你们！

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