篮球30s计时器课程设计.doc

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 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。 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1 555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2 555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，U2 a,b,c,d以及U1 c,d输入端全部接地，U1 74ls192 a,b输入端接高电平，实现30进制计数功能。 74ls192功能表如下： 表2 74ls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， 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 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8 555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，