数电课程设计实验报告

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1、苏州科技大学天平学院数字电子技术课程设计报告课设名称篮球竞赛24秒计时器设计班 级通信1722学生姓名XXX学 号XXX设计日期2019年4月8日一4月22日一、设计题目篮球竞赛 24 秒计时器设计二、主要内容设计要求：1. 具有 24 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/连续功能。3. 在直接清零时，要求数码显示器灭灯。4. 计时器为 24 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,发光二极管亮灯。三、具体要求（1）具有显示 24s 倒计时功能：用两个共阴数码管显示，其计时间隔为 1s。（2）分别设置启动键和暂停 /继续键，

2、控制两个计时器的直接启动计数， 暂停/继续计数功能。（3）设置复位键：按复位键可随时返回初始状态，即进攻方计时器返回到 24s。（4）计时器递减计数到“00”时，计时器跳回“24”停止工作，并给出声音和发光 提示，即蜂鸣器发出声响和发光二极管发光。目录前言 41、总体设计思路、基本原理和框图 51.1设计思路51.2 设计原理和功能61.2.1 基本功能61.3总体设计框图72、单元电路设计 82.1 各芯片的用法和功能82.1.1 74LS0082.1.2 555定时器82.1.3 74LS192102.2单元模块102.2.1 秒脉冲发生模块102.2.2 倒计时模块112.2.3 控制电

3、路模块122.2.4 报警提示模块133、电路仿真调试（总电路图） 3.1 总电路图143.2 仿真调试153.2.1 启动功能153.2.2 复位功能153.2.3 暂停功能163.2.4 自动停止、复位功能164、故障分析与电路改进 174.1 故障分析和解决174.2 电路改进175、设计总结 196、元件清单217、参考文献22前言电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践 能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏 中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机，还可以用来做为

4、 各种药丸、药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会的 应用是相当普遍的。在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过 24 秒，否则就违例了。本 课程设计“智能篮球比赛倒计时器的设计”，可用于篮球比赛中，用于对球员持 球时间24 秒限制。一旦球员的持球时间超过了 24 秒，它自动报警从而判定此球 员的违例。本设计主要能完成一下功能：显示24 秒倒计时功能；系统设置外部操作开 关，控制计时器的直接复位、启动和暂停/继续功能；在直接复位时，数码管显 示为“24”；计时器为 24 秒递减计时其计时间隔为 1 秒；计时器递减计时到“00” 时，数码显示器不灭灯，并且直接回到“24”，

5、同时报警电路发出光。 整个电 路的设计借助于 Multisim 仿真软件以及数字电路相关理论知识，并在 Multisim 下设计和进行仿真，得到了预期的结果。1、总体设计思路、基本原理和框图1.1 设计思路本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球比赛 24 秒倒计时器。 此计时器功能齐全，具有直接复位、启动、暂停|继续以及光电报警功能，同时 使用了两个共阴极数码管来显示时间。此计时器有了启动、暂停和继续功能，可 以方便地在中途实现暂停计时功能。当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下 5 个部分组：秒信号产生模块、 计时模块、控制模块、译码显示模块

6、以及报警电路模块。在设计此倒计时器时， 采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。篮球比赛 24 秒倒计时系统的主要功能包括：进攻方 24 秒倒计时和计时结 束警报提示。秒信号产生电路由 555 定时器构成的多谐振荡器和 74LS90 构成的 分频器构成，为计数电路提供计数秒脉冲。攻方 24 秒倒计时，当比赛准备开始 时，屏幕上显示 24 秒字样，当比赛开始后，倒计时从 24 逐秒倒数到 00。这一 计时模块主要是利用双向计数器 74LS192 来实现；控制电路主要利用 SR 锁存器 的锁存功能和计时电路的反馈信息来控制电路的计时模块，以实现倒计时器的多 项功能。当计数器计时到零时

7、，警报电路给出发光提示和提示音。这部分电路主 要通过一些门电路来实现。1.2 设计原理和功能篮球比赛24秒倒计时器的总体电路包括秒脉冲发生电路、计数电路、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。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接复位、启动 计数、暂停/继续计数、显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，本电路采用555定时 器组成的多谐振荡器产生秒脉冲信号。显示电路采用共阴极数码管对计数器的输出信号直接进行译码显示。报警电 路在实验中可用发光二极管和蜂鸣器代替。主体电路：24秒倒

8、计时部分由74LS192计数器组成的计数电路完成。计数 芯片清零端接低电平，并使计数器工作在减计数状态。系统启动后，计数器的置 数端无效，24 秒倒计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。利用计数器减计数 到“00”状态后将自动跳变到“99”状态继续进行倒计时这一特点，将短暂出现 的“99”状态信息通过与非门反馈到控制电路，使控制电路控制计数器的置数端 持续有效，电路回到“24”状态并停止计时。另外，在控制电路中还设置了控制 开关来实现电路的启动、直接复位以及暂停/继续等功能。1.2.1 基本功能本电路基本功能主要包括启动、直接复位、暂停/继续等功能，这些功能的 实现由控制电路的控制作用来完成。启

9、动功能：控制电路部分主要由与非门组成的SR锁存器和一些门电路、控 制开关组成。在保证74LS192双向计数器工作在减计数状态的前提下，将其置数 端接在控制电路SR锁存器的输出端。在按下启动键J1之前，锁存器输出为低电 平，置数端有效，计数器处于置数状态。当按下 J1 后，锁存器输出翻转为高电 平，置数端无效，计数器进入计数状态。直接复位功能：单刀双掷开关 J3 为复位键，当其接在锁存器输出端时，计 数器按照其他控制信号正常工作，当按下 J3 将其接地时，计数器置数端被置零 处于有效状态，计数器直接复位为“24”当再次按下开关时，计数器再次工作进 入计数状态。暂停/继续功能：开关J2为暂停/继续

10、键，当其断开时多谐振荡器产生的秒 脉冲信号被截断，因而计数器暂停计数并保持；当开关 J2 闭合时，秒脉冲信号 接通继续为计数器提供脉冲信号，计数器继续进行计数。1.3总体设计框图图 1.1 总设计框图2、单元电路设计2.1 各芯片的用法和功能2.1.1 74LS0074LS00为二输入与非门，本电路利用其构成了 SR锁存器和其他一些基本功 能。与非门逻辑功能为两输入端有“0”为“1”，全“1”为“0”。两输入与非 门74LS00引脚图如图2.1所示。图2.174LS00引脚图2.1.2 555定时器555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。 它不仅用于信号的产生和变

11、换，还常用于控制与检测电路中。555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C和C、简单SR锁存器、放 12电三极管T以及缓冲器G组成，其内部结构图如图2.2所示。&knLUCMTL cnI r a6Et -CT1TT- jg沁7讣CTH?图2.2 555定时器内部结构图本电路采用555定时器构成的多谐振荡器产生脉冲信号。用555定时器构成的多谐振荡器如图2.3(a)所示。接通电源后，电容C被 充电，当v上升到2Vcc/3时，是v为低电平，同时放电三极管T导通，此时电 co容C通过R和T放电，v下降。当v下降到Vcc/3时，v翻转为高电平。电容器2ccoC放电所需时间为t 二RC In 20.7R

12、CPL 2 2当放电结束时，T截止，Vcc将通过R、R向电容器C充电，v由V cc/3 上12c升到2Vcc/3所需时间为t =(R+R)C In 20.7(R+R)CPH 1 2 1 2当vc 上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电 路的输出端就得到了一个周期性的举行波。电路的工作波形如图2.3 (b)，器 振荡频率为f=1/( t + t )1.43/(R+2R)CPL PH 1 2T-www, dtfjsw, com, 3nj Ki * r i山九“三：羽忌nsgmI II(a)电路图 图2.3(b)工作波形由555定时器组成的多谐振荡器2.1.3 74LS1

13、9274LS192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。当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的 CP端，端接到下一级的CP端即可。74192功能表和引脚图如图2.6、2.7所示： +-图2.774LS192引脚图UPDOWNLDCLR操作XXX1清零XX00置数t110加计数1t10减计数1110保持图2.6 74LS192功能表VCC IC加P薯-LCikDPEPt：DO图中：LOAD为置数端，接低电平是预置数置入，正常计数时接高电平；CLR为清零端，接高电平时计数器清零；UP为加计数端，DOWN为减计数端，实现加 计数时DOWN接高电平，

14、UP接脉冲信号，实现减计数时UP接高电平，DOWN接脉 冲信号；CO为进位输出端，BO为借位输出端；A、B、C、D为计数输入端；Q、AQ、Q、Q为数据输出端。BCD2.2单元模块2.2.1 秒脉冲发生模块秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路和74LS90构成的分频器 完成。电路图如图2.7所示，首先由多谐振荡器产生频率为1000Hz的周期矩形 波信号，然后经过分频器分频最终得到频率为1Hz的脉冲信号。当开关闭合时， 分频器输出的频率为1Hz的脉冲信号输入到74LS192中；当开关断开时，没有脉 冲输入74LS192中，故74LS192处在保持状态，即实现暂停功能。图 2.8 秒脉冲发

15、生电路图2.2.2 倒计时模块24 秒倒计时电路。这部分电路的主体部分在时钟脉冲的输入情况下工作， 下面进行具体分析。计数器的倒计时功能。用两片 74LS192 分别做个位（低位）和十位（高位） 的倒计时计数器，由于本系统只需要从开始时的“24”倒计到“00”然后停止， 所以，这里的高位不需要做成六十进制的计数器。因为预置的数不是“00”，所以我选用置数端LOAD来进行预置数。低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。两片计数器具体接法。Vcc、UP接+5V电源，GND接地；时钟脉冲输出后接到低 位的DOWN，然后从低位BO接到高位的DOWN；低位输入端C、高位输入端B接电源，其他引脚和CLR都接地。LOAD接到开关S3的非活动端。电路图如图2.8所示。图