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1、南昌航空大学课程设计电子课程设计报告题目名称： 篮球竞赛30S计时器 姓名： 专 业： 班级学号： 同 组 人 ： 指导教师： 南昌航空大学电子信息工程学院2013 年 1 月 15 日南昌航空大学课程设计电 子 课课程程设设计计任任务务书书2020 1212 2020 1313 学年学年 第第 1 1 学期学期 第第 1919 周周 2020 周周 题目题目篮球竞赛 30S 计时器内容及要求内容及要求 基本要求 1具有显示 30S 计时功能。 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在直接清零时，要求数码显示器灭灯。 4计时器为 30S 递减计时，计时间隔为 1S
2、。 5计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。 主要参考元器件NE555(1)，74ls161(1)，74LSl92(2)进度安排进度安排1. 仿真、领元器件：2 天2. 制作、焊接：1 天3. 调试：2 天4. 验收：0.5 天5. 提交报告：2012-2013 学年第一学期 19-20 周学生姓名： 指导时间：第 1920 周指导地点：综合实验楼南 509 室任务下达2013 年 1 月 7 日任务完成2013 年 1 月 18 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师系（部）主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带
3、一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结” 、 “学生成绩单”一并交院教务存档。南昌航空大学课程设计1摘摘 要要本课题采用的是基于 74LS192 的双时钟加、减同步可逆计数器来实现倒计时功能。此计时器不仅具有倒计时功能，还具有置数、暂停、继续、清零的功能，非常适合于现在的篮球比赛。篮球 30s 计时器是由脉冲产生电路、计时电路、译码显示电路、报警电路、控制电路构成。脉冲产生电路是由 555 定时器组成的多谐振荡器构成；计时电路采用 74LS192 倒计数功能；译码显示电路通过 74LS248 芯片进行译码并驱动数码管显示；报警电路是由蜂鸣器、发光二极管、74LS04 非门、74LS10
4、与非门等组成；控制电路是由单刀双掷开关，轻触开关构成。借助 Multisim 仿真软件对脉冲产生电路、计时电路、译码显示电路、报警电路进行了性能与功能仿真，通过仿真分析验证了设计的正确性，达到了设计的预期目的。关键词：555 定时器；计时电路；蜂鸣器南昌航空大学课程设计2目目 录录摘 要 .1第一章 设计基本要求及方案选择 .41.1 基本要求 .41.2 方案选择 .4第二章 系统组成及其工作原理 单元电路设计 .62.1 系统组成及其工作原理 .62.2 各部分电路分析 .72.2.1 脉冲信号发生器 .72.2.2 同步十进制计数器 .72.2.3 控制电路 .8第三章 调试及测试结果分
5、析 .103.1 实验调试 .103.2 测试结果分析 .10结 论 .11致 谢 .12参考文献 .13附录 1：总设计电路图 .14附录 2：电路元件清单.15南昌航空大学课程设计3前前 言言篮球活动在中国很盛行，比赛也日趋职业化，为保证比赛的公正性，则需要一个精准的计时器来计时。在篮球比赛中，要求球员持球不得超过规定时间否则就会违例而罚球，这就需要一个能够倒计时，并且在特殊情况需要下回调时间的计时器。本课题所设计的计数器具有暂停/继续、置数、时间回调等功能，能够很好地满足比赛对计时器的要求。本设计主要能完成：显示 30 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
6、/连续功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯；计时器为 30 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。 南昌航空大学课程设计4第一章第一章 设计基本要求及方案选择设计基本要求及方案选择1.1 基本要求1)具有显示 30S 计时功能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)在直接清零时，要求数码显示器灭灯4)计时器为 30S 递减计时，计时间隔为 1S5)计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号1.2 方案选择该系统包括脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序电路和控制电路等 5 个部分构成。
7、脉冲信号发生电路的方案如下：方案一：用 555 定时器构成一个多谐振荡器，产生频率为 1HZ 的方波，为电路提供芯片工作的脉冲信号，其电路图 1.1 所示C110uF R6 15kR7 68kC2 100nFU2LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI233 32310VCC 5VVCC图 1.1 555 构成的脉冲发生器南昌航空大学课程设计5方案二：脉冲信号发生电路由 14 位二进制串行计数器/分频器和振荡器 CD4060、BCD同步加法计数器 CD4518 构成的秒信号发生器。电路中利用 CD4060 组成两部分电路。一部分是 14 级分频器，其最高分频
8、数为 16384；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为 32768Hz 的振荡器。震荡器输出经 14 级分频后在输出端 Q14 上得到 1/2 秒脉冲并送入由 1/2 CD4518 构成的二分频器，分频后在输出断 Q1 上得到秒基准脉冲。方案选择：两种方案都可以产生要求的脉冲波形，但是方案二中用 CD4060 和分频器构成的基准秒脉冲发生电路较于基于 555 定时器构成的多谐振荡脉冲波形电路明显要复杂很多，而且用 555 定时器构成电路简单、经济、易于实现，而且 555 定时器的比较器灵敏度高、输出驱动电流大、功能灵活，因而在电子电路中获得广泛应用，所以方案一是最佳选择。
9、南昌航空大学课程设计6第二章第二章 系统的工作原理及其单元电路的设计系统的工作原理及其单元电路的设计2.1 系统组成及其工作原理篮球竞赛 30S 倒计时系统主要有脉冲发生电路、计数电路、数码显示电路、报警电路和控制电路组成，其中，计数器和控制电路是系统的主要部分，计数器完成 30s 计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停、连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能以及工作时间的调节。其系统框图如图 2.1 所示：其工作原理：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 S 的方波脉冲，将该方波脉冲送到计数器 74LS192 的 CP 减计数脉冲
10、端，再通过译码器 74LS248 把输入的 8421BCD 码经过内部和电路“翻译”成七段（a,b,c,d,e,f,g）输出，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、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能。当启动开关闭合时，控制电路封锁时钟信号 CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“30”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；暂停、连续，通过用一个单刀双掷开关将减数位端分别在高电平和脉冲信号之间进行切换，即实现计数器递减计数暂停/连续功能，当开关打到高电平时计时器暂停，当开关打到脉冲信号时计时器正常计时；当计数器递减计数到零时，
11、报警电路发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。 脉冲发生器计数器数码显示译码器报警电路控制电路图 2.1 系统设计框图南昌航空大学课程设计78 476 555 321 5R1R2ucC+VCCuo0.01Ftuo0tw2tw1tuc0CCV32CCV31T（a ） 5555 555（b ）图 2.2 555 构成的振荡电路及即波形2.2 各部分电路分析2.2.12.2.1 脉冲信号发生器脉冲信号发生器用 555 定时器构成多谐振荡器电路如图 2.2(a)所示。电路没有稳态，只有两个暂稳态，也不需要外加触发信号，利用电源 VCCCC通过 R1 1和 R2 2向电容器 C 充电，使
12、 uC C逐渐升高,升到 2VCC/3 时，uO O跳变到低电平，放电端 D 导通，这时，电容器 C 通过电阻 R2 2和 D 端放电，使 uC C下降，降到 VCC/3 时，uO O跳变到高电平，D 端截止，电源 VCC又通过 R1 1和 R2 2向电容器 C 充电。如此循环，振荡不停，电容器 C 在 VCC/3 和 2VCC/3 之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图 2.2(b)所示。输出信号 uo的脉宽 tW1、tW2、周期 T 的计算公式如下:t0.7(RR )CW112t0.7R CW22Ttt0.7(R2R )CW1W2122.2.22.2.2 同步十进制计数器同步十进制计数器计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。74LS192 为可预置的十进制同步加/减计数器（双时钟） ，其清除端是异步的。当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能；预置是南昌航空大学课程设计8异步的，当置入控制端（PL）为低电平时，不管时钟 CP 的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（P0P3）相一致的状态；计数是同步的，靠 CPD、CPU 同时加在 4 个触发器上而实现。在 CPD、
