數(shù)子電子技術課程設計籃球30S計時器

1、綜述隨著信息時代的到來，電子技術在社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，運用模電和數(shù)電知識設計的電子產(chǎn)品成為社會生活不可缺少的一部分，特別是在各種競技運動中，定時器成為檢驗運動員成績的一個重要工具。在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過30秒，否則就犯規(guī)了。本課程設計的“籃球競賽30秒計時器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間30秒限制。一旦球員的持球時間超過了30秒，它自動的報警從而判定此球員的犯規(guī)。本設計主要能完成：顯示30秒倒計時功能；系統(tǒng)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(xù)功能；在直接清零時，數(shù)碼管顯示器滅燈；計時器為30秒遞減計時其計時間隔為1秒；計時器遞減計

2、時到零時，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時發(fā)出光電報警信號等。1 設計方案1.1 電路設計分析555定時器用來產(chǎn)生周期為1秒的脈沖信號，供計數(shù)器進行倒計數(shù) ，以便將計數(shù)器輸出的數(shù)據(jù)傳送給譯碼器，譯碼器再譯碼驅動七段數(shù)碼管顯示輸出，控制電路實現(xiàn)“籃球競賽30s” 的暫停/繼續(xù)工作，清零復位，置數(shù)/工作；報警電路實現(xiàn)30s計數(shù)器減至0秒時報警電路發(fā)出光電警報，由此分析得出30秒計時器的總體參考方案框圖如圖1-1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和控制電路等五個模塊組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。 計數(shù)器秒脈沖發(fā)生器譯碼顯示計數(shù)器秒脈沖發(fā)生器 外部操作開關報警電路路控制電路圖

3、1-1 30秒計時器系統(tǒng)設計框圖2 單元電路設計 1秒脈沖發(fā)生器用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供時鐘秒脈沖。555定時器應用為多諧振蕩電路時，當電源接通Vcc通過電阻R1、R2向電容C充電，其上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當u上升至2/3Vcc，會使比較器C1輸出翻轉，輸出電壓為零，同時放電管T導通，電容C通過R2放電；當電容電壓下降到1/3Vcc，比較器C2工作輸出電壓變?yōu)楦唠娖剑珻放電終止，Vcc通過R1、R2又開始充電；周而復始，形成振蕩。則其振蕩周期與充放電時間有關，也就是與外接元件有關，不受電源電壓變化影響。 公式計算：T1=(R1+R2)Cln2;T2=R2Cln2;振蕩周期T

4、= T1+T2=0.7 ( R1 + 2R2) C =1 (s) 若取C=10F，結合實際選取電阻為R1=51K,R2=47K。48162357R1R2C555uoVCC10uF47K51K圖2-1 555多諧振蕩電路圖2.2 計數(shù)電路 計數(shù)電路選用兩片中規(guī)模集成電路74LS192進行設計，74LS192是十進制計數(shù)器，具有“異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進位和借位輸出端。兩片74LS192構成預置數(shù)的三十進制遞減計數(shù)器，計數(shù)器十位接成三進制，計數(shù)器個位接成十進制，置數(shù)端A、B、C、D通過開關接高低電平，若接高電平可進行其他置數(shù)；此計數(shù)器預置數(shù)為（0011 0000）=（30）10，只有當

5、低位端發(fā)出錯位脈沖，高位計數(shù)器才做減計數(shù)。1片74LS192構成1秒減計數(shù)電路（即個位）。74LS192的引腳圖和功能表如圖所示。它的計數(shù)原理是：使加計數(shù)脈沖信號引腳CPu=1，計數(shù)脈沖加入個位74LS192引腳CPD腳，當減計數(shù)到零時，個位 74LS192的端發(fā)出錯位脈沖，使十位計數(shù)器減計數(shù)，當高、低位計數(shù)器處于全零時，CPD（DWN）端的輸入時鐘脈沖作用下，計數(shù)器再次進入下次循環(huán)減計數(shù)。圖2-2 74LS192引腳圖表1 74LS192功能表輸出輸入MRLDCPUCPDP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba011XXXX加計數(shù)011XXXX減計數(shù)2

6、.3 譯碼顯示電路此模塊主要是由74LS48譯碼器和共陰極七段LED顯示器組成，通過計數(shù)器加到譯碼器，從而實現(xiàn)共陰極七段LED顯示器從30遞減到零的計數(shù)顯示功能。1. 74LS48是七段顯示譯碼器，其管腳圖如下圖2-3所示?，F(xiàn)將各管腳功能介紹一下： A、B、C、D是BCD碼的輸入端；a,b,c,d,e,f,g是輸出端； 試燈輸入端：低電平有效。當0時， 數(shù)碼管的七段應全亮，與輸入的譯碼信號無關。本輸入端用于測試數(shù)碼管的好壞； 動態(tài)滅零輸入端：低電平有效。當1、0、且譯碼輸入為0時，該位輸出不顯示，即0字被熄滅；當譯碼輸入不全為0時，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無效的0。如數(shù)據(jù)可顯示為； 滅燈

7、輸入/動態(tài)滅零輸出端：這是一個特殊的端鈕，有時用作輸入，有時用作輸出。當作為輸入使用，且0時，數(shù)碼管七段全滅，與譯碼輸入無關。當作為輸出使用時，受控于和：當1且0時，0；其它情況下1。本端鈕主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。本設計將、都置高電平。圖2-3 74LS48管腳圖2.共陰極七段LED顯示器是較常用的顯示數(shù)碼管，但在使用時要注意的是：看清楚自己用的數(shù)碼管是共陰極還是共陽極的，最好在使用前用萬電用表測一下它的極性，其管腳圖如下圖2-4所示，如果為共陰極的，其管腳COM端接地；如果為共陽極的，起管腳COM段要接高電平。圖2-4 共陰極七段LED顯示器管腳圖2.4 報警電路報警電

8、路，采用555產(chǎn)生1個輸出頻率為HZ的脈沖發(fā)生器，經(jīng)過74LS11的一個高電平促使發(fā)出光電報警，當SW6置高電平時警報停止。電路圖2-5所示。圖2-5 報警電路 控制電路控制電路是30S倒計時設計的核心，電路如圖2-6(a)(b)(c)所示。圖(a)中，用2個與非門組成基本RS觸發(fā)器，開關SW1控制計數(shù)器的置數(shù)，當SW1閉合時，觸發(fā)器置低電平，送至74LS192的LD端和UP端，計數(shù)器的LD=0，計數(shù)器預置數(shù)，反之，計數(shù)器啟動處于計數(shù)工作狀態(tài).置數(shù)/工作電路（a）圖(b)開關SW2控制計數(shù)器的暫停計數(shù)。74LS11輸出端接74LS192（2）的DWN端。當SW2下合時，觸發(fā)器輸出低電平，與十位

9、74LS192（1）的13腳BO端輸出的高電平和555定時器輸出的時鐘脈沖一起通過三與門，使得三與門輸出低電平，送至74LS192（2）的4腳DWN端，令計數(shù)器停止工作，顯示器上保持原來的數(shù)不變；當SW2上合時，74LS11門電路打開，脈沖信號送入計數(shù)器的減脈沖輸入端，計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù).暫停/繼續(xù)工作電路（b）圖(c)中，開關SW3控制計數(shù)器清零，SW3=“1”(下合)時，接高電平輸出送至74LS192集成電路CLR端，計數(shù)器清零，反之，正常計數(shù)。清零/工作電路（c）圖2-6 控制電路 開關設置為了方便控制操作，靈活更改預置數(shù)范圍，本設計使用了幾個開關，其實際效用見表2所示。表2開關設置一覽

10、表開關名稱實際效用置數(shù)/啟動切換開關，清零/工作切換開關，暫停/繼續(xù)切換開關，十位置數(shù)切換開關和光電報警停止開關。表2 開關設置一覽表開關名稱實際效用SW1置數(shù)啟動切換開關SW2暫停繼續(xù)切換開關SW3清零工作切換開關SW4 SW5十進置數(shù)切換開關SW6報警停止開關3 整體電路圖根據(jù)以上各個模塊分析得出整體電路圖，如圖3-1所示。圖3-1 籃球競賽30計時器設計整體電路圖結 論本設計主要通過模塊化思想，逐步實現(xiàn)設計所需達到的功能要求：時鐘模塊為減計數(shù)提供一個頻率為1Hz的脈沖信號，從而實現(xiàn)計數(shù)器計數(shù)間隔為1秒鐘。計數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達到能顯示減計數(shù)功能；報警模塊是為了實現(xiàn)當減計數(shù)到零時發(fā)出光電報警信號；控制模塊主要是為了實現(xiàn)計時器的啟動、直接清零和暫停/連續(xù)功能，其中在直接清零時，由外控制開關控制譯碼器消隱端，從而