24秒籃球賽控制時間計時器的設(shè)計

1、 一、 設(shè) 計 報 告學(xué) 院電子與信息學(xué)院課程名稱電子電路課程設(shè)計設(shè)計題目24秒籃球賽控制時間計時器的設(shè)計專 業(yè)班 級姓 名學(xué) 號指導(dǎo)教師 時 間一 課題名稱24秒籃球賽控制時間計時器的設(shè)計二、 制作任務(wù)制作一個時間計時器，用于籃球賽控制時間的限時警示電路。三、 設(shè)計要求A、24秒遞減及有顯示功能，計時器遞減到零時數(shù)碼顯示器不僅滅燈，同時發(fā)出聲光報警信號。B、計時器具備兩位數(shù)碼顯示，啟動清零，暫停，連續(xù)和復(fù)位清零等功能。C、計時間隔為1秒，誤差3ms。四、 原理方框圖與設(shè)計思路時間計時器原理框圖秒脈沖發(fā)生器計數(shù)器譯碼顯示外部操作開關(guān)控制電路燈管顯示包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼與顯示電路、報警

2、電路和控制電路（輔助時序控制電路）等五個部分組成。計時電路遞減計時，每隔1秒鐘，計時器減1。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成24秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)器、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈等功能。當(dāng)計時器遞減計時到零（既定時時間到）時，顯示器上顯示00，同時二極管閃亮。設(shè)計思路：秒脈沖信號經(jīng)過遞減計數(shù)器，譯碼器，再由數(shù)碼管顯示出來，中間包括控制電路。五、 主要元器件原理介紹1、共陰極數(shù)碼管數(shù)碼顯示器可顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)及工作數(shù)據(jù)，我們所選用的是發(fā)光二極管（LED）顯示器，它分為兩種，共陰極（BS201/202）與共陽極（BS211/212），

3、我們所選的是共陰極，它是將發(fā)光二極管的陰極短接后作為公共極，當(dāng)驅(qū)動信號為高電平時，陰極必須接低電平，才能夠發(fā)光顯示。共陰極數(shù)碼管的外引腳及內(nèi)部電路如下圖：2、七段顯示譯碼器74LS48驅(qū)動共陰極顯示器的譯碼器輸出為高電平有效，所以選用74LS48驅(qū)動共陰極的發(fā)光二極管顯示器。下圖是74LS48外引線排列圖與功能表： 74LS48工作原理：譯碼器輸入端為二進(jìn)制碼，經(jīng)譯碼器后，輸出端分別與七段顯示器的的輸入端對應(yīng)連接。消隱（滅燈）輸入端BI為低電平有效。當(dāng)消隱（滅燈）輸入端BI =0 時，不論其余輸入端狀態(tài)如何，所有輸出為零，數(shù)碼管七段全暗，無任何顯示；當(dāng)消隱輸入端BI =1 時譯碼器譯碼。燈測試

4、（試燈）輸入端LT 為低電平有效。當(dāng)燈測試（試燈）輸入端=0（/ =1）時，不論其余輸入端狀態(tài)如何，所有輸出為1，數(shù)碼管七段全亮，顯示8。可用來檢查數(shù)碼管、譯碼器有無故障；當(dāng)燈測試輸入端LT =1 時譯碼器譯碼。脈沖消隱（動態(tài)滅燈）輸入RBI 為低電平有效。當(dāng)RBI =1時，對譯碼器無影響；當(dāng)BI =LT =1 時，若RBI =0，輸入數(shù)碼是十進(jìn)制的零時，數(shù)碼管七段全暗，不顯示；輸入數(shù)碼不為零時，則照常顯示。在實際使用中有些零是可以不顯示的，如 004.50 中的百位的零可不顯示；若百位的零可不顯示，則十位的零也可不顯示；小數(shù)點后第二位的零，不考慮有效位時也可不顯示。脈沖消隱輸入RBI =0

5、時，可使不顯示的零消隱。3、8421BCD碼遞減計數(shù)器計數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計較為簡便。74LS192是十進(jìn)制可編程同步加鎖計數(shù)器，它采用8421碼二-十進(jìn)制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加鎖計數(shù)功能。其中CPU、CPD分別是加計數(shù)、減計數(shù)的時鐘脈沖輸入端 (上升沿有效)。LD 是異步并行置數(shù)控制端 (低電平有效), CO、BO 分別是進(jìn)位、借位輸出端 (低電平有效),CR是異步清除端,D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q3Q0是輸出端。我們將用到的是它的減計數(shù)功能。下圖是74LS192外引線排列圖與功能表： 74LS192 的工作原理是：當(dāng)/LD =1,CR=0時，若時鐘脈沖加入

6、到CPU端，且CP置數(shù)= 1, 則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計數(shù)功能，當(dāng)加計數(shù)到9時，/CO端發(fā)出進(jìn)位下跳變脈沖；若時鐘脈沖加入到CPD端，且CPU=1，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計數(shù)功能，當(dāng)減計數(shù)到0時，/BO端發(fā)出借位下跳變脈沖。由74LS192 構(gòu)成的24遞減計數(shù)器其預(yù)置數(shù)為N=(00100100)8421BCD=(24)10。它的計數(shù)原理是：只有當(dāng)?shù)臀?BO1端發(fā)出借位脈沖時，高位計數(shù)器才作減計數(shù)。當(dāng)高、低位計數(shù)器處于全零，且CPD為0時，置數(shù)端/LD2=0, 計數(shù)器完成并行置數(shù)，在CPD端的輸入時鐘脈沖作用下，計數(shù)器再次進(jìn)入下一循環(huán)減計數(shù)。4、輔助時序控制電路 為了保證系統(tǒng)的設(shè)

7、計要求，在設(shè)計控制電路時，應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。從系統(tǒng)的設(shè)計要求可知，控制電路要完成以下四項功能：操作“直接清零”開關(guān)時，要求計數(shù)器清零。 閉合“啟動”開關(guān)時，計數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能，顯示器顯示24秒字樣；斷開“啟動”開關(guān)時，計數(shù)器開始進(jìn)行遞減計數(shù)。 當(dāng)“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于“暫?！蔽恢脮r，控制電路封鎖時鐘脈沖信號CP，計數(shù)器暫停計數(shù)，顯示器上保持原來的數(shù)不變，當(dāng) “暫停/連續(xù)”開關(guān)處于“連續(xù)”位置時，計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。當(dāng)計數(shù)器遞減計數(shù)到零 (即定時時間到)時，控制電路應(yīng)發(fā)出報警信號，使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變，同時報警電路工作。下圖是輔助時序控制電路圖。圖(a)是置數(shù)控制電路，/LD

8、 接74LS192的預(yù)置數(shù)控制端，當(dāng)開關(guān)S1合上時，/LD=0，74LS192 進(jìn)行置數(shù)；當(dāng) S1 斷開時，/LD =1，74LS192處于計數(shù)工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。圖(b)是時鐘脈沖信號CP的控制電路，控制CP的放行與禁止。當(dāng)定時時間未到時，74LS192的借位輸出信號路，/BO2=1, 則CP信號受 “暫停/連續(xù)” 開關(guān)S2的控制，當(dāng)S2處于“暫?！蔽恢脮r，門G3輸出0，門G2關(guān)閉，封鎖CP信號，計數(shù)器暫停計數(shù)；當(dāng)S2處于“連續(xù)”位置時，門G3輸出1，門G2打開，放行CP信號，計數(shù)器在 CP作用下，繼續(xù)累計計數(shù)。當(dāng)定時時間到時/BO2=0, 門G2關(guān)閉，封鎖 CP信號，計數(shù)器保持零

9、狀態(tài)不變。從而實現(xiàn)了功能、的要求。注意，/BO2是脈沖信號，只有在CPD保持為低電平時, /BO2輸出的低電平才能保持不變。至于功能的要求，可通過控制74LS192的異步清零端CR實現(xiàn)。5、555振蕩模塊如下圖，由NE555構(gòu)成的多諧振振蕩器，接通電源后，電容C1被充電，VC上升，當(dāng)VC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器被復(fù)位，同時放電BJTT導(dǎo)通，此時V0為低電平，電容C通過R2和T放電，使VC下降，當(dāng)下降至1/3 VCC時，觸發(fā)器又被置位，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)C放電結(jié)束時，T截止，VCC將通過R2和R1、RE向電容器充電，VC由1/3VCC上升到2/3VCC。當(dāng)VC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器又

10、發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為：f=1.43/(R1+2R2)C。在這里我們選擇R2=68K，C1=10uf，只要用一個可變電阻器代替R1，并將它調(diào)至7K即可輸出1HZ，達(dá)到要求。六、 所用元器件的編號列表元件名稱型號規(guī)格數(shù)量備注數(shù)碼管共陰極小號2七段譯碼顯示器74LS48直插式216腳8421BCD碼計數(shù)器74LS192直插式216腳脈沖電路555直插式18腳非門集成芯片74LS04直插式214腳二輸入與非門集成芯片74LS10直插式114腳四輸入與非門集成芯片74LS00直插式114腳電容電解0.1uF、10uF2色環(huán)電阻Rest10K、15K、68K若干發(fā)光二極管LED小號1開關(guān)按鍵、撥動一路、兩路3電線