籃球競賽30秒計時器-數(shù)電課程設計

1、籃球競賽 30 秒計時器序言籃球比賽中除了有總時間倒計時外，為了加快比賽的節(jié)奏，新的規(guī)則還要顯示，非常實用。此計時器也可作為其他球類比賽的計時器。一、設計要求：130 秒計時器具有顯示 30 秒的計時功能。23計時器為 30 秒遞減計時時，其計時間隔為 1 秒。4當計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，應發(fā)出光電報警信號。二、設計方案分析設計任務，該系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時序控制電路簡稱控制電路和報警電路等 5 個部分構成。其中，計數(shù)器和控制電 30s 作直接清零開關時，要求計數(shù)器清零，數(shù)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(shù)器完成

2、置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示 30s時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當暫停連續(xù)開關撥在連續(xù)時，計數(shù)器繼路工作不穩(wěn)定。系統(tǒng)設計框圖如圖下圖所示。第 頁1B計數(shù)器譯碼器驅動器顯示器A123陣所組成，利用光點的不同組合便可顯示不同的數(shù)碼，如場致發(fā)光記分牌。第頁2D2同發(fā)光段組合方式，顯示015等阿3拉伯數(shù)字。在實際應用中，1015并不采CagfB234試燈輸入 LT功能表BI/RBO 作為輸出使用時，受控于LT 和 RBI。當LT1 且 RBI0，輸入代碼DCBA=0000 LT=0 或者 LT1 且 RBI1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。2、CC40161計數(shù)電

3、路計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件。它不僅可用來計脈沖數(shù)，還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時，分頻和數(shù)字運算的邏輯功能。TTL型及CMOS計數(shù)器和異步計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)制的不同分為二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器和N進制計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)的增減趨勢，又分為加法、減法和可逆計數(shù)器。還有可預置數(shù)和可編程功能計數(shù)器等等。常用計數(shù)器見表2-26。經(jīng)查器件手冊可根據(jù)器件不同特點分別選用。表2-26 常 用 計 數(shù) 器402440404060步14位二進制QQQQ21) 異步清除：當 =0時CR=0000。013第頁5QQQQDDDD。2) 同步預置：當 =1,CR=0時在CP上升沿作用下，=LD01230123。(c)

4、 計數(shù)： =1,CR=1當使能端CT=CT=1時，對CP脈沖實現(xiàn)同步計數(shù)。TLDP(d) 鎖存：當使能端ET=0或ET=0時，計數(shù)器禁止計數(shù)，為鎖存狀態(tài)。TP其外引線排列圖見圖2-47所示，CC40161的功能表詳見表2-27。表2-27輸入CC40161 功能表DDn1CR0DD1D (3) N進制計數(shù)器構成法 采用復位法或置位法通過在片外添加適當邏輯即可實現(xiàn)任意進制計數(shù)器。第頁63VCCQ1Q2Q3Q4ET1ET2CC40161CRCRCP構成的計數(shù)器見圖 在實際應用中，往往需要多片計數(shù)器構成多位計數(shù)狀態(tài)即計數(shù)器的級聯(lián)方423 比前者的速度大大提高。定時器電路習慣上稱為555電路,這是因為

5、內部參考電壓使用了3個5K的電阻分壓,故取此名。555 電路是一種數(shù)字和模擬混合型的中規(guī)模集成電路,它能產(chǎn)生時間延遲和多種脈沖信號,(TTL型和單極型(CMOS 型兩大類,二者的電路結構和工作原理類似。TTL型產(chǎn)品型號最后的3 位數(shù)碼是 555 或 ；CMOS 型產(chǎn)品型號最后 4 位數(shù)碼是 7555 或 7556；二者第 頁7的邏輯功能和管腳排列完全相同,易于互換。555芯片和7555芯片是單定時器,556芯片和 7556 V 5V 單極型的CC電源電壓 V 3V18V。DD它含有 3 個分壓電阻和兩個高、低電平比較 C 、C ,一個基本 RS 觸發(fā)器，12一個放電開關管 T C 的同相輸入端

6、參考電平為2V /3,低電平比1CC較器C 的反相輸入端的參考電平為V /3,C 與C 的輸出端控制基本RS觸發(fā)器2CC12狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號自6 管腳輸入并超過參考電平 2V /3 時,觸CC發(fā)器置 0 3 管腳輸出低電平,自 2 管腳輸入并低于 V /3 時,觸發(fā)器置 1,定時器的 3 管腳輸出高電平,同時放電CC開關管截止。R 是直接復位端,當R 0,定時器輸出低電平。平時R 端開路。DDDVC 是外接控制電壓輸入端(5 管腳當 VC 外接一個輸入電壓 U 時則改變比較VC器的參考電壓(U U , U U /2),通常接一個 0.01F的電T+VCT-VC容器到地,起濾波作

7、用,以消除外來干擾,確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管,當 T 導通時,將給接于 7 管腳的電容器提供放電通路。3、555定時器555 定時器主要是通過外接電阻 R 和電容器 C 構成充、放電電路,并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開關管的通斷。這施密特觸發(fā)器等脈沖波形產(chǎn)生和整形電路。（1）用 555 定時器構成多諧振蕩器：用 555 定時器構成多諧振蕩器電路如圖 2.8.2(a)所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號,利用電源 V 通過 R 和 R 向電容器C 充電,使 uCC12C逐漸升高,升到 2V /3時,u 跳變到低電平,放電端 D導通,這時

8、,電容器 C 通過電CCO阻 R 和 D端放電,使 u 下降,降到 V /3 時,u 跳變到高電平,D端截止,電源 V2CCCOCC又通過R 和R 向電容器C,振蕩不停, 電容器C在V /3和2V /312CCCC之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖 2.8.2(b)所示。第 頁8+VDDcR18 4V7VR2tt3uoC00.01FT（b）（）輸出信號 u 的脈寬 t 、t 、周期 T 的計算公式如下:OW1W2t 0.7(R R )CW112t 0.7R CW22Tt t 0.7(R 2R )CW1W212用 555 定時器構成施密特觸發(fā)器：用 555 定時器構成的施密特觸發(fā)器如

9、圖 2.8.3(a)所示。將 2 管腳和 6 管腳連 u,當 u 上升到 2V /3 時,輸出iiCCu u 下降到V /3時,輸出u 從低電平翻轉為高電平。OiCCO施密特觸發(fā)器將輸入的三角波整形為矩形波輸出。電路的工作波形如圖 2.8.3(b)所示。231313回差電壓電壓u V V VCCCCCC如圖所示：u+VCCiVV2313t0io6555u2o1t0（）第 頁9（b）（3）用 555 定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：用 555 定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖 2.8.4(a)所示。R、C 是定時元件。輸入脈沖信號 u 加于 2 管腳。輸入觸發(fā)信號 u 當 u 處于高iii電平時,放電端

10、D導通,u 和 u 均為低電平,電路為穩(wěn)態(tài)。當輸入觸發(fā)信號u 的下COi降沿到來時刻,2 管腳電位瞬間低于 V /3,使輸出 u 變?yōu)楦唠娖?放電端 D 截止,CCO電源 V 通過電阻 R 向電容器 C 充電,使 u 按指數(shù)規(guī)律上升,電路為暫穩(wěn)態(tài)。當CCCu 上升到 2V /3 時,使輸出 u 變?yōu)榈碗娖?D 端導通,電容器 C 經(jīng) D ,CCCO暫態(tài)結束,自動恢復到穩(wěn)態(tài), 2.8.4(b)所示i+VccV13R0cttt8 47Vo23c3i0o1 5C0.01FW0（）（b）輸出脈寬 t 是暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間為 t 1.1RCWW此電路要求輸入信號的負脈沖寬度一定要小于 tW、74LS192

11、計數(shù)器計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖功能。分有：同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；根據(jù)計數(shù)進制的不同分為：二進制、十進制和任意進制計數(shù)器 ；根據(jù)計數(shù)的增減趨勢分為：加法、減法和可逆計數(shù)器；還有可預置數(shù)和可編程功能計數(shù)器等。目前，TTL和 CMOS 集成計數(shù)器都有較齊全的品種。第 頁1074LS192具有下述功能： 異步清零：CR=1，Q Q Q Q =00003210 異步置數(shù)：CR=0，Q Q Q Q D D D D32103210保持： CR=0，CP =CP =1,Q Q Q Q 保持原態(tài)UD3210加計數(shù)：CR=0, ，CP =CP，CP ，Q Q Q Q 按加

12、法規(guī)律計數(shù)UD3210減計數(shù)：CR=0, CP CP = CPQ Q Q Q 按減法規(guī)律計數(shù)利用集UD3210成計數(shù)器芯片可方便地構成任意（）進制計數(shù)器。方法：反饋歸零法：是利用計數(shù)器清零端的清零作用，截取計數(shù)過程的某一個中間狀態(tài)控制清零端，使計數(shù)器由此狀態(tài)返回到零重新開始計數(shù)把模數(shù)大的計數(shù)器改成模數(shù)小的計數(shù)器。關鍵是清零信號的選擇與芯片的清零方式有關。異步清零方式以N作為清零信號或反饋識別碼，其有效循環(huán)狀態(tài)為 0N-1；同步清零方式以 N-1 作為反饋識別碼，其有效循環(huán)狀態(tài)為 0N-1。還要注意清零端的有效電平，以確定用與門還是與非門來引導。反饋置數(shù)法：是利用具有置數(shù)功能的計數(shù)器，截取從 N

13、 到 N 之間的 N 個有ba效狀態(tài)構成 N N N 構成的aa反饋信號提供置數(shù)指令，由于事先將并行置數(shù)數(shù)據(jù)輸入端置成了 N 的狀態(tài)，所b以置數(shù)指令到來時，計數(shù)器輸出端被置成N ，再來計數(shù)脈沖，計數(shù)器在N 基礎bb上繼續(xù)計數(shù)直至 N ，又進行新一輪置數(shù)、計數(shù)。a關鍵是反饋識別碼的確定與芯片的置數(shù)方式有關。異步置數(shù)方式以a=N +NN N N =N +N-1bbaab作為反饋識別碼，其有效循環(huán)狀態(tài)為 N N 。還要注意置數(shù)端的有效電平，以ba確定用與門還是與非門來引導。四、總體電路圖第 頁11五、參考文獻1、電子電路設計與實踐、姚福安編著 山東科學技術出版社2、電子技術基礎課程設計 、粱宗善 華中理工大學出版社3、數(shù)字邏輯電路設計與實驗、繩廣基編著 上海交通大學出版社4、數(shù)字集成電路應用300 例、黃繼昌等主編人民郵電出版社56 模擬部分康華光主編、高教出版六、心得體會在本次的課程設計中通過自己選題，找材料，分析、設計等，也掌一些軟件能力，培養(yǎng)了我的尋求解決問題的能力和團隊精神也增強了我其它