1、信 息 工 程 系课程设计报告课 程 名 称 ： 数 字 电 路 设 计 课 题 ： 篮球竞赛 30S 计时器的分析 班 级 ： 姓 名 ： 指 导 教 师 ： 设 计 时 间 ： 2012.6.4-6.8 课程设计任务书专业：电气自动化技术 班级：1设 计 课 题 篮球竞赛 30S 计时器的分析指 导 教 师设计起止时间 2012.6.4-6.8 共 1 周课程设计的目的与任务课程设计是数字电子技术教学的一个重要环节，目的是让学生通过课题设计，结合所学数字电子技术的知识进行理论设计、安装调试、后期制作、分析总结等环节，提高学生在数字电子技术方面的实践技能和科学作风，培养学生初步掌握工程设计的
2、方法和组织实践的基本技能，学会运用所学理论知识分析和解决实际问题，使之真正达到增长知识与发展能力的统一。本次课程设计主要是锻炼学生的读图能力。其任务是：根据给定的电路图分析篮球竞赛 30S 计时器的工作原理。具体要求是：1、 分析 30s 的计时功能。该计时器为 30s 递减计时器 , 其计时间隔为 1s。2、 根据外部操作开关 ,分析控制计时器的直接清零、启动和暂停 / 连续功能。3、 分析该计时器递减计时到零时 , 数码显示器不能灭灯 , 发出光电报警信号的功能。课程设计报告内容要求根据给定的参考电路图1、 分析篮球竞赛 30 秒计时电路各部分功能及工作原理2、 画出完整的原理电路图3、
3、列出所使用的集成电路的功能及引脚图。4、 使用说明5、 设计体会指导教师评语课程设计成绩 指导教师签字 王 旭 斌2012 年 6 月 21 1日 目录第一章 篮球竞赛 30 秒计时电路部分功能与工作原理 .- 1 -1. 脉冲发 生器 - 1 -2计数器 - 3 -3译码显示 - 5 -4控制电路 - 7 -5报警电路 - 8 -第二章 电路 原理图 - 9 -第三章 使用说明 - 11 -第四章 总结 - 12 - 1 -第一章 篮球竞赛 30 秒计时电路部分功能与工作原理30 秒计时电路是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示、控制电路和报警电路五部分构成。1. 脉冲发生器秒脉冲发生器是由两部
4、分组成（1）.用 555 定时器组成的多谐振荡器（2）.TTL 门电路的与非门组成的，其电路图及作用为 - 2 -1c4016107CD&+5v15926543&53847621+5v.1k4.7k10F0.1F555 定时器的功能表输 入 输 出1u12DR0uU 状态X X 0 0 导通 CV32 C1 0 导通31 不变 不变该电路接通电源 Vcc 后，Vcc 经 R1，R2 对电容 C 充电，及电容 C 的放电，使电路呈现一种稳态，暂稳态，从而使电路产生了振荡，输出脉冲，其充电时的周期为 TW1,放电时的周期为 TW2，即多谐振荡器波的周期为 T=TW1+TW20.1s,其振荡频率为
5、T=1/T=10HZTw1=0.7(5.1+4.7)k 10 =0.0686sTw2=0.7 4.7k 10 =0.0329sT=tw1+tw2=0.1015s0.1s该定时多谐振荡器的输出信号，及依据电容的充电和放电就构成了跳变高低电平信号。图中 tw1，是电容充电中的时间，tw2 为电容放电时的时间。(如图)分频电路（如图）- 4 -& 1-+ + +-5k5k5k QV RGNDDIS127658 4THCO 3OUT该电路为计数器提供 10 分频的定时脉冲以驱动其正常工作，她外接时钟电路，然后每来 10 个时钟信号脉冲，则输出信号翻转一次，其输入端 CP 端接 555 振荡器，S 为开
6、启/暂停按钮，当 S 为开启 1 时，CC40161 输出 10 分频的信号，形成 1S 的整形波，从而接连向外电路提供时序分频脉冲， ，当 S 为暂停 0 时，不工作。2计数器- 5 -74LS19274LS192 451510914CR110914 554131131 +v+5v 3673267 2 +v计数器是由两个集成 CT74LS192 双时钟器构成三十进制减法计数器，两片 74LS192的端接高电平，个位片 CT74LS192（）的 CPD端输入技术脉冲 CP 为十进制减法计数器，十位片 CT74LS192（）构成三进制减法计数器。其预置数为（0011 0000）(30)是利用异步
7、置数功能实现的计数器，当低位端发出借位脉冲时，高位计数器才做减计数，当高、低位计数器处于全零，且为时，置数端，计数器完成并置数，在 CPD 端的输入时钟脉冲下，计数器再次进入下一个循环减计数，即当 LD=0时，输出为（0011 0000） =(30) ，随着 CPD端有脉冲信号的输入计数器开始进行计数，来一个上升沿，递减 1 个数，当递减到 0000 0000 时 BO1 BO2输出为（BO=CPD Q3 Q2 Q1 Q0）计数器就完成了一次 30 秒递减。CT74LS192 的功能表 LDCP CPD 功能 X 清零 置数 加法计数 1 减法计数异步置 0 功能：当 CR=1 时，不论有无时
8、钟脉冲 CP 和其它的信号输入，计数器被置 0，即 Q3 Q2 Q1 Q0=0000。置数功能：当 CR=0， =1，Cpu=1, Cpu 端输入计数脉冲，则进行十进制减法计LD数，在计到 Q3 Q2 Q1 Q0=0000 时 BO 端输出一个上升的借位信号，使相邻高位减 1，同时计数器回到最大数 30.- 6 -3译码显示译码显示电路是由两段 74LS48 七段译码器和数码显示器构成。通过计数器加到译码器，从而实现显示器从 30 递减到 0 的计数显示功能。（如图）各引脚功能：试灯输入端 ：低电平有效。当 0 时，数码管的七段应全亮，LTLT与输入的译码信号无关。本输入端用于测试数码管的好坏
9、。 动态灭零输入端 ：低电平有效。当 1、 0、且译码输入为0时，该RBI RBI位输出不显示，即0字被熄灭；当译码输入不全为0时，该位正常显示。本输入端用于消隐无效的0。74LS48的功能表：输 入 输 出 显 示 字 型LT RBI BI/RBO D C B A g f e d c b a0 X 1 X X X X1 0 1 0 0 0 0X X 0 X X X X1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 08灭灭1 1 1 0 0 0 0 1 X 1 0 0 0 10 1 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 001- 7 -1 X 1 0 0 1
10、01 X 1 0 0 1 11 X 1 0 1 0 01 X 1 0 1 0 11 X 1 0 1 1 01 X 1 0 1 1 11 X 1 1 0 0 01 X 1 1 0 0 11 0 1 1 0 1 11 0 0 1 1 1 11 1 0 1 1 0 11 1 0 1 1 0 11 1 1 1 1 0 00 0 0 0 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 0 0 1 1 1234567891 X 1 1 0 1 01 X 1 1 1 1 11 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0无效输出：这是一个特殊的端钮，有时用作输入，有时用作输出。当 作为输入RBO RBO使用
11、，且 0 时，数码管七段全灭，与译码输入无关。当 RBOBI/作为输出使用时，受控于 和 ：当 1 且 0 时， 0；其它情况下 1。本端钮LTILTRBIO主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。4控制电路+5v连 续暂 停5.1 5.1&控制电路要完成以下四项功能 ：- 8 -操作“直接清零”开关时要求计数器灭灯；闭合“启动”开关时，计数器应完成置数功能，显示器显示30S字样，断开“启动”开关时，计数器开始进行递减计数；当“暂停/连续”开关处于“暂停”位置时，控制电路封锁时钟脉冲信号CP，计数器暂停计数，显示器上保持原来的数不变，开关处于连续位置时计数器继续累计计数；当计数器递减计数
12、到零时，控制电路应发出报警信号，使计数器保持零状态不变；当计数器到零时，两计数器错位端输出为低电平，故设计高位片借位BO2反馈到二极管负极性端，此时+5V电源经1K电阻使发光二极管发出光电报警信号，完成报警功能，而在递减计数时，BO2端输出为高电平，二极管不报警。电路 a：当开关 S1 顺时间闭合时，A 点为电阻上有压降，A 点为低点位，同时将低电位分别输入给三个集成计数器的 LD 输入端。同时，达到异步置数功能，从而使计数器开始处于置数（0011 0000） =(30) ,0110.使得接下来开始计数。电路 b：并控制输入信号的输入从而达到，暂停计时和继续计时。当开关 S 处于连续状态时，B
13、 端输入低电平，使而保持了集成电路 CC40161，随着 555 定时多谐振荡器发出的信号，而改变。当 555 定时振荡器输入为 0 时从而使集成电路 CC40161 有了一个上升沿触发。当开关 S2 为暂停时，无论 555 定时多谐振荡器输入是高电平还时低电平，集成 CC40161 都不会接收到 555 定时器发出脉冲信号。从而停止下来，这样就构成了暂停与开关的电路。电路 C：当 CC40161 计数到 1111 时，又因为该电路处于计数功能 CO=Q3 Q2 Q1 Q0 所以CO=O 即 D=OD 端为高电平，又因为 C 端常态为高电平这样就使 E 端输出为低电平，从而再给主 CC4016
14、1 集成计数器又加 LD 中输入一个低电平，从而使 CC40161 又开始计数。从而保证了 CO 端输出的是一个周期为 1S 的整形波。- 9 -5报警电路11 &+5V1k当计数到零时,两计数器借位端BO多为低电平0，此时+5V电源经1k电阻使发光二极管发出光电报警信号,完成报警功能,而在递减计数时, 端输出为高（1）,二极管不2BO报警.即74LS192集成电路中的BO=CPD Q3 Q2 Q1 Q0，CPD端没有高电平，且Q3 Q2 Q1 Q0为0000时BO=0（低电平） ，这时，BQ1=BQ2=0，从而使A点为低电平，这样发光二极管导通，从而使二极管发光。发出一个报警信号。第二章 电
15、路原理图- 10 -秒 脉 冲 发 生 器 计 数 器 译 码 器报 警 电 路控 制 电 路外 部 操作 开 关第三章 使用说明计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号 CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“30”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态
16、；当暂停连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。当开关打开时，计时器显示数，并进行递减计数。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号 CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“30”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。计时器的秒脉冲发生器、计数器、译码显示、控制电路，及两个常开开关，用以控制其计时，暂停，开始和复位，当运动员运动到时时，计数器以后将还原到 30。最后再用一个常闭开关连接到脉冲输入端用以控制整个电路的暂停和开始。- 11 -第四章 总结通过本次课程设计，使我受益匪
17、浅，使我对专业理论的掌握更加深刻。为了这次课程设计的顺利完成，我参阅了大量资料，也因此加深了对书本中所介绍的各种器件的认识，当然整个过程我们都做了充分利用所学的知识进行思考、分析。通过对这次电路的分析，我加深了对课本知识的认识理解，对电路中各器件 的分析也有了初步了解，同时也为期末的最后复习打下了一定的基础。在分析电路图时，让我学会无论遇到多么复杂的电路图，不用害怕，不用紧张，只要认认真真地区分析每个元件，每一个引脚图。踏踏实实去理解其中的原理，遇到不懂的和同学一起分析，有时候一个人力量是有限的，但是合作起来就能完成所要分析的电路。使要分析的电路很清晰，很条理的展现在自己的脑海里，让自己也尝到了学会分析电路是多么高兴，虽然是一点点收获，但毕竟是自己努力得到的结果，心情是非常激动。同时也验证出了世上无难事，只要肯攀登，当然，如果说前面电路图的分析是一件令人头痛的事，那么现在完成该设计，我感到真的很不容易，收获总是令人快乐的。在以后的学习中我会更多的注重实践，让自己的知识更加丰富。通过此次电路设计，对自己以后的工作和学习打下良好的基础.
