24秒篮球计数器设计(完美版)

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1、人 文 科 技 学 院 课 程 设 计 报 告 课程名称 电子技术课程设计 设计题目 30 秒篮球计数器 系别 通信与控制工程系 专业 自动化 班级 姓名 学号 起止日期 2013年 6 月 10 6 月 24 日 指导教师 新君 2013 年 6 月 29 日 指导教师评语 指导教师签名 年月日 成 绩 评 定 项目权重 成绩 1 设计过程中出勤 学习态度等方面 0 2 2 课程设计质量与答辩0 5 3 设计报告书写及图纸规程度0 3 总成绩 教研室审核意见 教研室主任签字 年月日 教学系审核意见 主任签字 年月日 摘 要 这次课设设计了一个一个篮球竞赛30 秒计时器电路 它由秒脉冲发生器

2、计数器 译码显示电路 报警电路和时序控制电路五个部分组成 本电路用两个 74LS192芯片构成递减计数器 30 进制 控制电路由 74LS00和 74LS08构成 秒脉冲发生器由555 集成定时器构成 两个数码管构成显示电路 计数器完成 30 秒计时功能 当计数器接收到秒脉冲后开始倒记数 等递减到0 时 发光二 极管亮光报警 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 关键词 篮球 30 秒 竞赛 计数器 目录 第一章设计任务及要求 1 1 1 设计基本要求 1 1 2 设计任务及目标 1 第二章总体参考方案 2 2 1 设计原理

3、2 2 2 设计方案 2 第三章单元电路设计 3 3 1 秒脉冲发生器 3 2 74LS192 构成 30 减计数器 3 3 译码显示模块 3 4 报警电路模块 3 5 控制电路部分 第四章实验室调试 4 1 30 秒置数仿真测试 4 2 暂停 继续仿真测试 4 3 报警电路的仿真 4 4 调试结果图片 第五章结论及心得体会 5 1 结论 5 2 心得体会 参考文献 附录一 数字秒表电路原理图 附录二 数字秒表电路PCB 图 附录三 数字秒表实物图 附录四 元件清单 第一章设计任务及要求 1 1 设计基本要求 1 具有 30秒计时功能 2 设置外部操作开关 控制计时器的直接清零 启动和暂停 连

4、续功能 3 在直接清零时 要求数码显示器灭灯 4 计时器为 30 秒递减时 计时间隔为 1 秒 5 计时器递减到零时 数码显示器不能灭灯 蜂鸣器要报警 发光二极管 亮灯 1 2 设计任务及目标 1 根据原理图分析各单元电路的功能 2 熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能 3 进行电路的装接 调试 直到电路能达到规定的设计要求 4 写出完整 详细的课程设计报告 第二章总体参考方案 2 1 设计原理 30 秒计时器的总体参考方案框图如下图所示 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

5、30 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 24S设计总体框图 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 74HC4511 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 30 秒倒计时 30 秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关 比 赛开始后 30秒的置数端无效 30 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

6、 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 分析设计任务 计数器和控制电路是系统的主要部分 计数器完成30 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 为了满足系统的设计要求 在 设计控制电路时 应正确处理各个信号之间的时序关系 在操作直接清零开关时 要求计数器清零 数码显示器灭灯 当启动开关闭合时 控制电路应封锁时钟信号CP 同时计数器完成置数功 能 译码器显示电路显示 30 字样 当启动开关断开时 计数器开始计数 当 暂停 连续开关拨在暂停位

7、置上时 计时器停止计数 处于保持状态 当暂停 连续开关拨在连续时 计数器继续递减计数 秒脉冲发生器 外部操作信号 译码 显示电路30 减计数 器 控制电路 报警电路 第三章单元电路设计 3 1 秒脉冲发生器 10HZ脉冲信号的产生电路 由555的 3 脚输出 电路的各个元器件参数如 上图所示 电路的接法为典型的多谐振荡电路的接法 如下图 电路工作在两 个暂稳态 利用电源通过R4 R3向 C2充电 以及 C通过 R3向 Ct 端放电 使 电路产生振荡 输出信号的时间参数 T T1 T2 其中 T1 0 7 R3 R2 C2 正脉冲 宽度 T2 0 7R2C2 负脉冲宽度 T 0 7 R3 2R2

8、 C2T 0 7C2 R1 2R2 1 078s 可近似 1s 但是电路容易受温度及电阻电容精度影响 误差较大 适用于粗略的 场合 3 2 74LS192 构成 30 减计数器 30 秒减法计数器采用74LS192设计 74LS192是十进制同步加法 减法计数 器 采用 8421BCD 码编码 具有直接清零异步置数功能 CPU CPD LD CR 操作 0 0 置数 1 1 0 加计数 1 1 0 减计数 1 清零 由此看出 当 LD 1 CR 0 CPD 1 时 如果有时钟脉冲加到CPU端 则计数器 在预置数的基础上进行加法计数 当计数到9 时 CO 端输出进位下降沿跳变脉 冲 当 LD 1

9、 CR 0 CPU 1 时 如果有时钟脉冲加到CPD端 则计数器在预置 数的基础上进行减法计数 当计数到 0 时 BO 端输出借位下降沿跳变脉冲 由 此设计出三十进制减法计数器 具体电路图如图 2 所示 图中的 Q0 Q7分别接到显 示译码器的输入端 CPD端接到秒脉冲发生器的脉冲输出端 图中预置数为N 0011000 8421BCD 30 10 当低位计数器的借位输出端BO 输出借位脉冲时 高位计数器才开始进行减法计数 当计数到高 低位计数器都为零时 高位计数 器的借位输出端BO 输出借位脉冲 使置数端LD 0 则计数器完成置数 在 CPD端输入脉冲的作用下 进行下一循环的减法计数 3 3

10、译码显示模块 用 4511 驱动数码管 U10的 A 15 脚 B 1 脚 端接高电平 C 9 脚 D 10 脚 接地 U11的 A B C D均接地 当两个 74LS192的置数端 11 脚 来个低电平时 由于复位端 14 脚 接地 计数器被置为30 且每来一个脉冲 计数器开始倒计时 74HC4511 功能表 十进 制 输入LE输出 LT BI ABCDQA QBQC QD QE QF QG 011000001111110 111000100110000 211001001101101 311001101111001 411010000110011 511010101011011 61101

11、1000011111 711011101110000 811100001111111 911100101111011 3 4 报警电路模块 当计数器满 30 个脉冲 高位计数器的 BO端输出低电平 一方面将与门一个 输入端置零 另一方面点亮发光二极管 发出报警信号 需要说明的是 当输入 端置零的时候 74LS192的输入端被封锁 所以数码管显示一直停在00 3 5 控制电路部分 3 5 1 清零功能 通过对 74LS192的 CLR 14 号引脚 控制 实现清零操作 3 5 2 置数功能 通过对 74LS192的 LOAD 11 号引脚 控制 实现置数操作 3 5 3 暂停 启动功能 通过对秒

12、脉冲的 OUT 3 号引脚 端控制 实现暂停 启动功能 3 5 4 直接清零 灭显示器 通过对BI引脚的控制 实现显示器的亮灭 当单刀双刃开关调到置数端 处于初始状态 数码管显示30 第四章实验室调试 4 1 30 秒置数仿真测试 启动 S1 低电平 成置数功能 LD置为低电平出现30 秒字样 断开 S1 高电平 LD置为高电平 计数器开始进行递减计数 如图8 所示 图 8 30 秒置数仿真测试 4 2 暂停 继续仿真测试 当暂停 继续开关 S2处于暂停位置 低电平 时 控制电路封锁计数脉冲 计数器停止计数 显示原来的数 而且保持不变 如图9 所示 当暂停 继续开 关 S2处于连续位置 高电平

13、 时 计数器正常计数如图10 所示 图 9 暂停仿真测试 图 10 连续仿真测试 4 3 报警电路的仿真 当计数器计到状态 00 时 高位片的借位输出端BO产生低电平借位脉冲 信号 由此导通发光二极管产生光报警信号 图 11 报警电路的仿真 4 4 调试结果图片 开始置数 显示 24S 如上图 时间到了 数码管显示00 蜂鸣器响 发光二极管亮了 详见附录视频 本设计主要通过模块化思想 逐步实现设计所需达到的功能要求 1 时钟模块为减计数提供脉冲信号 从而实现计数器间隔为1 秒钟 2 计数 译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能 3 报警模块是为了实现当减计数到零时发出光电报警信号 4 控制

14、模块主要是为了实现计时器的启动 直接清零和暂时 连续功能 其 中在直接清零时 由外控制开关控制译码器消隐端 从而可以实现译码器灭灯 通过暂时 连续开关从而实现断点计时功能 至此 本设计能完成所有任务及要求 第五章结论及心得体会 5 1 结论 根据实验结果 本设计方案基本完成了设计的要求 总的来说该方案是十分 可行的 电路结构简单 条理清晰 结果符合要求 但是由于产生的脉冲信号不 易保持以及产生的秒脉冲信号不够稳定和精确的原因还存在着报警时间过短和 计数时间不够精确的缺陷 可以通过用分频电路来代替555 信号发生器来产生稳 定的秒脉冲计时信号 来进一步改善电路计时的准确性 对产生的借位脉冲信号

15、时间过短的原因可以用展宽电路把脉冲扩展到足够宽 使发光二极管持续发光 5 2 调试心得体会 在此次课程设计中 我们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老师询问 请教 和老师一起探讨解决 在此 非常感国树老师的认真指导 在仿真中 我采用了分模块 最后整合时出现 5V用了两种 VCC VDD 导致 出现网格错误 但是

16、在老师指导下解决了上述问题 在进行实验的时候 遇到不少的问题 一开始不知道该使用什么芯片去做实 验 只好先熟悉芯片的功能 同时去图书馆借有关书籍 看看哪些芯片能达到编 码 译码 锁存等 以及重新温习了书本 经过资料的搜集 基本确定了用哪类 芯片达到哪类功能 然后就研究电路图 仔细对照真值表连接电路图 并画好电 路图草稿 画好电路图后 并在电脑上画好电路图 编译也不过 存在几个错误 慢慢检查后 是连线的错误 有几个地方是不该接在一起的 从而造成了一个输 入端有两个输入量 在排除错误后 经过了编译 但是数码管完全没有反应 后 来发现接线错误导致令CD4511一直不工作 改过错误后 数码管能正确显示 选手也能抢答 但是抢答时间到了 74LS192还是在计数 不能在00 那里停止 于是改进电路图 并完成了电路 上面是一些问题和解决方法 其实遇到的问题 远不止这些 不过现在回想起来都是一些很低级的错误 有时候是因为粗心大意 造成的错误 有时候是因为没有认真看芯片的真值表而造成的 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 1 在本次课程设