多功能篮球秒计时器详解.doc

电子技术课程设计任务书具有数字显示的篮球竞赛30S计时器任务要求设计一个篮球竞赛30S进攻时间限制计时器。2．性能指标要求：??（1）工作时间可在1—30S内任意设定。（2）30S计时器是递减计时器，间隔为1S。能用LED数码管显示剩余工作时间，还能显示到1/10秒。即当计时开始时显示出所设定的总时间，每当计时10个1/10S，显示器的数字立即减1。3）减1计时到7S时，发出三声低音预告信号。(4) 减1计时到零时(工作时间到)，发出三声高声，并自动停止计时。(5) 具有暂停/继续工作、清零复位和启动计时功能。3．设计与测试按任务要求，设计电路，计算参数，选择元器件。根据所设计电路选择元器件电路，并按照调试步骤进行调试。4. 成果要求(1)课程设计说明书一本。要求：内容完整，图表完备，字迹工整，条理清晰，分析有据(2)所用元器件清单(3)电路实体和仿真。要求：电路必须有仿真结果，该电路实体必须是自己安装调试通过并达到性能指标要求的电路实体参考器件：两片74LS192、74LS00，叁片74LS48，一片555、74LS04、CC40161，共阴LED显示器3块，电阻、蜂鸣器、发光二极管等．答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。电路设计原理与设计电路 图1.1　系统设计框图 在此，提出两种方案，主要是针对脉冲发生电路。方案一是采用555构成的多谐振荡电路（即脉冲产生电路），其电路原理图如图１.２。另一种方案是用555构成的多谐振荡器直接产生频率为10Hz的秒脉冲，原理图如图１.5。相比较之下方案一的秒脉冲会稳定些，但因为电路加入了74LS161用于异步清零法分频而使电路变得复杂许多，而本次课设都是采用软件仿真的方式来验证最后结果的，因此不会存在因为元器件的误差而使结果受到影响的情况，因此没有必要用复杂的电路来替代简单电路就可以完成的功能的电路。所以本次课设采用第二种方案来产生10Hz的秒脉冲。 图１.2　方案一的秒脉冲发生电路 １.3 各分电路功能分析 1.3.1 脉冲发生电路 555定时器 555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。图2.2是NE555的内部功能原理框图和内部管脚图 图1.3 555管脚图 用555定时器构成多谐振荡器 用555定时器构成多谐振荡器电路如图2.3(a)所示。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。如此循环,振荡不停, 电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图2.3(b)所示。 图1.4 555构成的振荡电路及即波形 输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下: tW1＝0.7(R1＋R2)C tW2＝0.7R2C T＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2)C 根据要求，该系统中要使555构成的多谐振荡电路产生10Hz的脉冲，因此我们可以令R1= 51k，R2= 49k，C= 970nF，得到周期T=0.70.101s，即按照图2.4连接的电路就可以产生10Hz的方波脉冲。 图1.5 555定时器构成的多系振荡电路 1.3.2 计数器电路 计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。图2.5是74LS192的管脚图。 图1.6 74LS192管脚图 74LS192具有下述功能： 异步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。（此功能可实现计数器的清零） ②异步置数：MR=0， =0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。 ③保持： MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态 ④加计数：CR=0, =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数 ⑤减计数：CR=0, =1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数 按照课程设计任务书要求，需要计时30s，并且显示到0.1s，因此该设计中需要用到一个三进制的减法计数器和两个十进制的减法计数器。我们可以用三片74LS192来实现这三个计数器。计