1、歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04湖南工業大學時間：2021.02.04創作：歐陽育課 程 設 計資 料 袋電氣與信息工程 學院（系、部） 20162017學年第1學期課程名稱 電子技術課程設計指導教師黃卓冕職稱講師學 生 姓 名 謝 富 專 業 班 級 電 氣 工 程 1401 學 目籃球比賽24秒計時器設計成 績起止日期2016年11月14日2016年11月18日目 錄 清 單123456張歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04湖南工業大學課程

2、設計任務書2016年2017學年第 1學期電氣與信息工程 學院（系、部）電氣工程專業 1401 班級課程名稱：電子技術課程設計設計題目：籃球比賽 24 秒計時器設計完成期限：自2016 年11 月14 日至 2016 年11 月18 日共1 周1起止日期工作內容歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04主要參考資料年指 導 教 師系 （ 教 研室）主任（簽字 ） ： 年月日電子技術課程設計設計說明書籃球比賽24秒計時器設計起止日期： 2016年 11月 14日至 2016年 11月 18日學 生 姓 名班學成

3、級號績 指 導 教 師 ( 簽 字 )電氣與信息工程學院（部）籃球比賽24秒計時器設計歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04設計目的及要求歐陽育創編 2021.02.041、具有 24秒計時功能。2、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。3、在直接清零時，要求數碼顯示器滅燈。4、計時器為 24秒遞減時, 計時間隔為1秒。5、計時器遞減到零時，數碼顯示器不能滅燈，同時發出光電報警信號。6、將 24秒遞減計時器改為24秒遞增計時器，試問電路要作哪些相應的改動。它包括秒脈沖發生器、計數器、譯碼顯示電路、輔助時序控制電路

4、（簡稱控制電路）和報警電路等五個部分組成。其中計數器和控制電路是系統的主要部分。計數器完成 24秒計時功能，而控制電路是控制計時器的直接清零、啟動計數和暫停/連續計數、譯碼顯示電路的顯示和滅燈等功能。為保證系統的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號之間的時序關系：1操作直接清零開關時，要求計數器清零，數碼顯示器滅燈。2當啟動開關閉合時，控制電路應封鎖時鐘信號 CP（秒脈沖信號），同時計數器完成置數功能，數碼顯示器顯示 24秒字樣；當啟動開關斷開時，計數器開始計數。3當暫停/連續開關閉合時，控制電路封鎖時鐘信號 CP，計數器處于鎖存狀態；當暫停/連續開關斷開時，計數器繼續累計計數。1、

5、畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2、元器件及參數選擇；3、列出實驗數據和時序波形。4、電路仿真與調試（用 EWB軟件）；設計任務一、計時器概述1、計時器的特點及應用在許多領域中計時器均得到普遍應用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機，還可以用來做為各種藥丸、藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器在現代社會的應用是相當普遍的。在籃球比賽中，規定了球員的持球時間不能超過 24 秒，否則就違例了。本課程設計“智能籃球比賽倒計時器的設計”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間24 秒限制。一旦球員的持球時間超過了24 秒，它自動的報警從而判

6、定此球員的違例。歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04二、電路設計原理及單元模塊1、設計原理24 秒計時器的總體參考方案框圖如圖 1 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。其中計數器和控制電路是系統的主要模塊。計數器完成 24 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。秒脈沖發生器產生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標準，但本設計對此信號要求并不太高，故電路可采用55

7、5 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。主體電路： 24 秒倒計時。24 秒計數芯片的置數端清零端共用一個開關，比賽開始后， 24 秒的置數端無效，24 秒的倒數計時器的倒數計時器開始進行倒計時，逐秒倒計到零。選取“00個狀態，通過組合邏輯電路給出截斷信號，讓該信號與時鐘脈沖信號通過一個與門將時鐘截斷，使計時器在計數到零時停住。2、設計方案圖 1、電路框圖歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.

8、04歐陽育創編 2021.02.04總體電路說明：倒計時功能主要是利用 192 計數芯片來實現，同時利用反饋和置數實現進制的轉換，以適合分和秒的不同需要。由于該系統特殊的需要，到計時器到零時，通過停止控制電路使計數器停止計數并發出蜂鳴警報。3、單元模塊3.1、所用各個芯片功能3.1.1、555定時器555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內部電路框圖如右圖所示。圖 2、555定時器內部結構它內部包括兩個電壓比較器，三個等

9、值串聯電阻，一個 RS 觸發器，一個放電管 T 及功率輸出級。它歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04提供兩個基準電壓 VCC /3 和 2VCC /3555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的同相輸入端的電壓為 VCC /3。若觸發輸入端TR 的電壓小于 VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使RS 觸發器置 1，使輸出端 OUT=1。

10、如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則C1 的輸出為 0，C2的輸出為 ，可將 RS 觸發器置 0，使輸出為低電平。表61 555定時器的功能表0直接清零保持上一x111101001110截止截止導通置 1置 1清零表 1 555定時器的功能表3.1.2、74LS487448 是 7 段顯示譯碼器,輸出高電平有效的譯碼器。工作電壓為 5V，用于驅動共陰極數碼管，7448除了有實現 8 段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448 還引入了燈測試輸入端（LT）和動態滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱

11、輸入 /動態滅零輸出（BI/RBO）端。de01000100100100810101000000滅燈歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.0401234567891110111010101110111010111111111111111110110101110001001111100111001000110111111101000010110110111101101001020314151617080900表 2、74LS48功能表3.1.3、74LS192歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021

12、.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.0474LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖中：為置數端，為加計數端，為減計數端，為非同步進位輸出端，為非同步借位輸出端，P0P1P2P3為計數器輸入端，清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數據輸出端。為其功能表如下：3.1.4、數碼管CP CP數碼管也稱 LED 數碼CRLDUD管，晶美、光電、不同行業人士對數碼管的稱呼不一樣，其實都是同樣的產品。011110000加計數減計數保持1數碼管按段數可分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比1七段數碼管多一個

13、發光二極管單元，也就是多一個小數點（ DP）這個小數點可以更精確的表示數碼管想要顯示的內容；按能顯示多少個（8）可分為 12位、3位、4位、5位、67位等數碼管。按發光二極管單元連接方式可分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數碼管，共陽數碼管在應用時應將公共極 COM 接到+5V，當某一字段發光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數碼管，共陰數碼管在應用時應歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.

14、04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04將公共極 COM 接到地線 GND 上，當某一字段發光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。LED數碼管引腳定義3.2、各單元電路3.2.1、秒脈沖發生電路秒脈沖的產生由 555 定時器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所示。當開關斷開時，兩電阻阻值設置為 20K與62K，使得555定時器產生周期為1s的脈沖。歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.043.2.2、倒計時電路24秒倒計時電路。這

15、部分電路的主體部分在時鐘脈沖的輸入情況下工作，下面進行具體分析。計數器的倒計時功能。用兩片 74LS192分別做個位（低位）和十位（高位）的倒計時計數器，將低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖，同時將外界時鐘脈沖信號輸入到個位（低位）的 down 端，實現電路的倒計時功能。將兩片芯片的置數輸入端分別置為“2”與“4”，當控制電路給予兩芯片置數端低電平（有效電平）時，能使其置為“24”。同時將清零端接地。下圖為倒計時電路的具體電路歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.043.2.3、控制電路停止：我采用十位（高

16、位）的借位輸出端作為停止電路的信號，當數碼管顯示為“00”，即十位（高位）輸出均為低電平時，此時其借位輸出由高電平變為低電平，將其與秒脈沖信號發生電路的輸出端通過一個與邏輯，再通到個位（低位）的 down 端，此方法截斷了秒脈沖信號，實現了停在“00”的功能。另外，當計數器正常計數時，十位（高位）借位輸出端始終保持高電平，當其與秒脈沖信號發生電路的輸出端通過一個與邏輯，再通到個位（低位）的 down端，并不影響秒脈沖的輸入。置數：利用一個開關，及一個與非門，與非門一端接高電平，另一端通過一個1k 電阻再接高電平，同時接開關一段，開關另一端接地。與非門輸出端與兩塊 74LS192 的置數端 LO

17、AD 相連。如圖當開關 J2 斷開時，置數端為“1”，置數端無效，能正常計數，當開關 SW3 閉合時，置數端為“0”，置數端有效，能置為“24”。歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.043.3、總電路圖歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04由 555 定時器輸出秒脈沖與十位（高位）的借位輸出端經過一個與邏輯輸入到計數器 U2 的 down 端，作為減計數脈沖。當計數器計數計到 0 時，U2 的(13)腳輸出借位脈沖使十

18、位計數器 U1 開始計數。當計數器計數到“00”時，U1 的(13)腳輸出借位脈沖輸出一個低電平，與 555 定時器輸出秒脈沖通過一個與門，從而截斷秒脈沖，使其停在“00”，同時，報警電路工作，發光二極管亮，蜂鳴器響。當 SW3 斷開時，U1、U2 置數端有效，實現復位功能，再將 SW3 閉合時，U1、U2 置數端無效，開始正常計數。在計數過程中，SW4 閉合時，使 555 定時器輸出端輸出信號通過與門 U?截斷秒信號，從而實現暫停功能，當 SW4斷開時，又開始正常計數。利用 protues電路仿真軟件，連好電路，進行仿真。仿真結果符合實驗要求。元器件清單歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.04歐陽育創編 2021.02.041個2個2個1個1個1個1個2個1個設計總結課程設計是一個很好的學習平臺，在本次電子技術課程設計中，能夠利用所學的知識設計一個實際有用的電子實