1、數字電路課程設計籃球競賽30秒計時器設計 專業班級： 姓 名： 學 號：年 月 號目錄設計要求*2正文*2 1.設計原理*2 2.設計方案*3 3.電路設計*34.元器件*75.邏輯電路圖*7安裝與測試*11 1.電路的安裝*11 2.電路的調試*11課程設計小結*12參考文獻*12附錄*13設計要求： 本課程設計是脈沖數字電路的簡單應用，設計籃球競賽30秒計時器。能夠滿足基本要求如下：具有顯示30秒計時功能；設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續功能；計時器為30秒遞減計時器，其計時間隔為1秒。計時器遞減計時到零時，數碼顯示器不能滅燈，同時發出光電報警信號。同時應用了七段數

2、碼管來顯示時間。此計時器有了啟動、暫停和連續功能，可以方便地實現斷點計時功能，當計時器遞減到零時，會發出光電報警信號。 此計時器的設計采用模塊化結構，主要由三個模塊組成，即計時模塊、控制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設計此計時器時，采用模塊化的設計思想，使設計起來更加簡單、方便、快捷。此電路是一時鐘產生，觸發，倒計時計數，譯碼顯示為主要功能，在此結構的基礎上，構造主體電路和輔助電路兩個部分關鍵字： 計時器 光電報警 模塊化 正文：1.設計原理 30秒計時器的總體參考方案框圖如下圖所示。它包括秒脈沖發生器、計數器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路（簡稱控制電路）等五個模塊組成。其中計數器和控

3、制電路是系統的主要模塊。計數器完成30秒計時功能，而控制電路完成計數器的直接清零、啟動計數、暫停/連續計數、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。秒脈沖發生器計數器譯碼顯示控制電路報警電路外部操作開關30秒計時器系統設計框圖 秒脈沖發生器產生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標準，本設計的信號電路采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構成。 譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在實驗中可用發光二極管代替。 2.設計方案 分析設計任務，計數器和控制電路是系統的主要部分。計數器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數器的啟動計數、暫停連續計數、譯碼

4、顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統的設計要求，在設計控制電路時，正確處理各個信號之間的時序關系。在操作直接清零開關時，要求計數器清零，數碼顯示器滅燈。 當啟動開關閉合時，控制電路應封鎖時鐘信號CP，同時計數器完成置數功能，譯碼顯示電路顯示“30”字樣；當啟動開關斷開時，計數器開始計數；當暫停連續開關撥在暫停位置上時，計數器停止計數，處于保持狀態；當暫停連續開關撥在連續時，計數器繼續遞減計數。3.電路設計8421BCD碼遞減計數器模塊電路實驗中計數器選用中規模集成電路74LS192進行設計，74LS192是十進制同步加法/減法計數器，它采用8421BCD碼二-十進制編碼，其功能表如下表所示。

5、74LS192的功能表CPUCPDCR操作××00置數110加計數110減計數×××1清零由此看出,當LD=1,CR=0,CPD=1時,如果有時鐘脈沖加到CPU端,則計數器在預置數的基礎上進行加法計數,當計數到9時,CO端輸出進位下降沿跳變脈沖；當LD=1，CR=0，CPU=1時，如果有時鐘脈沖加到CPD端，則計數器在預置數的基礎上進行減法計數，當計數到0時，BO端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設計出三十進制減法計數器，具體電路圖如下圖所示,圖中的Q0-Q7分別接到顯示譯碼器的輸入端，CPD端接到秒脈沖發生器的脈沖輸出端。圖中預置數為N=（001

6、1000）8421BCD=（30）10，當低位計數器的借位輸出端BO輸出借位脈沖時，高位計數器才開始進行減法計數。當計數到高、低位計數器都為零時，高位計數器的借位輸出端BO輸出借位脈沖，使置數端LD=0，則計數器完成置數，在CPD端輸入脈沖的作用下，進行下一循環的減法計數。三十進制減法計時器時鐘信號控制電路時鐘信號控制電路時鐘脈沖信號 CP 的控制電路 ,控制 CP 的放行與停止。當定時時間未到時，74LS192的借位輸出信號BO2=1時，則CLK信號受“暫停/繼續”開關S2的控制，當S2處于“暫?！蔽恢脮r，門U10A輸出0，門U7A關閉，封鎖CLK信號，計數器暫停計數；當S2處于“連續”位置

7、時，門U10A輸出1，門U2A打開，放行CLK信號，計數器在CLK作用下，繼續累計計數。當定時時間到時，BO2=0，門U7A關閉，封鎖CLK信號，計數器保持零狀態不變。從而實現了當暫停/連續開關處于暫停狀態時，控制電路封鎖計數脈沖，計數器停止計數，顯示原來的數，而且保持不變；當暫停/連續開關處于連續狀態時，計數器正常計數，的功能要求。注意，BO2是脈沖信號，只有在CPD保持為低電平才能保持不變。秒脈沖信號產生模塊電路NE555秒脈沖發生器由555集成定時器構成，其引腳圖如下圖所示。NE555秒脈沖發生器的周期與其充電的時間有關，充電時間由電容C1、電阻R1和R2所決定周期的計算公式為：T=Ln

8、2(R1+2R2)×C1。本實驗需要的周期是1s，計算出較為穩定的電阻電容值為：R1=15k,R2=68k, C1=10F,C2=10nF。計算得T=1s。當計數器遞減計數到零 ( 即定時時間到 ) 時 , 控制電路應發出報警信號 , 使計數器保持零狀態不變 , 同時報警電路工作。如下圖所示。 當計數到零時,兩計數器借位端輸出多為低（0）,故本設計將高位片借位反饋到二極管負極性端,此時+5V電源經1k電阻使發光二極管發出光電報警信號,完成報警功能,而在遞減計數時,端輸出為高（1）,二極管不報警。 +5V 600 BO2 發光報警電路4.元器件：序號編號名稱型號數量1U3 U4 可逆十

9、進制計數器74LS19222U10A U10B二輸入一輸出與非門74LS00N23U5A U7A二輸入一輸出與門74LS08D24A1555定時器555_VIRTUAL15VCC Vs直流電源+5v2+40v16C1 C2電容10nF110F17R1 R2 R3 R6 R7電阻600110K215K168K18U1 U2七段顯示數碼管DCD_HEX_DIG_YELLOW25.邏輯電路圖：74LS192外引腳及時序波形圖。圖中、分別是加計數、減計數的時鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。是異步并行置數控制端（低電平有效）， 、分別是進位、借位輸出端（低電平有效），CR是異步清零端，D3-D0是并行數據輸

10、入殿，Q3-Q0是輸出端。74LS192功能表CPULDRD功 能1xxxxx00010111清零 零零置數 數加法計數減法計數CPD工作原理是：當=1，CR=0時，若時鐘脈沖加到端，且=1 則計數器在預置數的基礎上完成加計數功能，當加計數到9時，端發出進位下跳變脈沖；若時鐘脈沖加到端，且 =1，則計數器在預置數的基礎上完成減計數功能，當減計數到0時， 端發出借位下跳變脈沖48162357R1R2CuC555uoVcc0.1uF10uF68K15K 圖2-6 555多諧振蕩電路圖輔助時序控制電路圖三十進制減法計時器時鐘信號控制電路安裝與測試1.電路的安裝 電路安裝要注意幾個原則：1.先裝矮后裝

11、高、先裝小后裝大、先裝耐焊的等；2. 布線盡量使電源線和地線靠近實驗電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；3. 最好分模塊安裝等等。此外焊接時不能出現虛焊、假焊、漏焊，更不能出現過焊，因為有些器件，不能耐高溫，比如焊接三極管時，電烙鐵絕對不能停留太久。2.電路的調試 調試時應小心謹慎，電路安裝完畢后，首先應檢查電路各部分的接線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件的引腳之間有無短路，器件有無接錯。再接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無異?，F象。如果出現異常現象，應立即關斷電源，待排除故障后方可重新通電。課程設計小結：根據實驗結果，本設計方案基本完成了設計的要求，總的來說該方案是十分可行的，電路結構簡單，條理清晰，結果符合要求。但是由于產生的脈沖信號不易保持以及產生的秒脈沖信號不夠穩定和精確的原因還存在著報警時間過短和計數時間不夠精確的缺陷，可以通過用分頻電路來代替555信號發生器來產生穩定的秒脈沖計時信號，來進一步改善電路計時的準確性；對產生的借位脈沖信號時間過短的原因可以用展寬電路把脈沖擴展到足夠寬，使發光二極管持續發光。從通過理論設計，到仿真軟件仿真，再到確定具