课程设计报告篮球30秒倒数计时器

信电学院

课程设计说明书

（2020 /2021学年第二学期）

课程名称： 电子技术课程设计

题 目： 篮球30秒倒数计时器

专业班级： 自动化3班

学生姓名： 程江峰

学 号： 100410317

指导教师： 马志钢

设计周数： 两周

课设成绩：

2021年7月5日

目录

一、课程设计摘要--------------------------------------------

二、课程设计正文

一、课程设计任务与要求

二、方案设计（系统操纵电路框图及说明）

3、元器件详细介绍

4、系统原理图、印制板图及其说明

五、安装、调试及性能测试与分析

六、课程设计总结及心得

三、课程设计总结

四、附录（PCB图）

五、参考文献

一、课程设计摘要

通过电子技术课程设计的综合训练，培育独立试探、分析问题、解决问题的能力，培育工程实践能力、创新能力和综合设计能力。依照所学模拟电子技术、数字系统与逻辑设计的理论，对模拟电子线路、数字电子线路和模拟与数字综合电子线路进行设计、安装与调试。

按时电路是数字系统中的大体单元电路，它要紧由计数器和振荡器组成。按时电路要紧利用分立元件，中规模集成器件555按时器。用555按时器实现的按时电路要紧应用单稳态触发器原理，实现按时器的功能。在实际工作中，按时器的应用处合很多，例如，篮球竞赛规那么中，队员持球时刻不能超过30秒，确实是按时电路的一种具体应用。

篮球竞赛30秒按时器电路要紧利用555按时器产生时钟脉冲，触发计数器进行从30至00倒计数，并将计数结果通过译码电路和数码管显示，当计数器减至00时，报警电路进行报警。

二、课程设计正文

一、课程设计任务与要求 30秒计时功能，两位数字显示，计时刻隔为1秒。完成硬件制作实现30秒减计数，每次减计时终止后，蜂鸣器报警提示，数码管显示00；电路需设置外部开关，可使按时器直接复位，并具有启动计时、暂停/持续计时功能。

二、方案设计（系统操纵电路框图及说明）

设计原理框图：

30秒按时器电路的原理框图 由图2.1可知，30秒按时电路要紧由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助操纵电路五部份组成。其中，秒脉冲发生器和计数器是系统的要紧组成部份。

秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和按时标准，是整个按时电路的动力基础，采纳555集成电路组成的多谐振荡器组成。

计数器完成30秒计时功能，而操纵电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/持续计数功能，译码显示电路完成计时显示功能、报警电路完成定不时刻到报警功能。

本设计的秒脉冲发生器采纳555集成电路，计数器采纳两片74LS192芯片组成30进制递减计数器，译码显示电路用CD4511进行译码和共阴极七段数码管显示器组成，报警电路在设计顶用发光二极管和蜂鸣器组成。

3、元器件介绍

元器件详单

元件名 型号 数量

555定时器 555 1

计数器 74LS192 2

译码器 CD4511 2

七段共阴极数码管 2

发光二极管 1

蜂鸣器 1

开关 2

电容 2

电阻 1

电阻 68K 2

电阻 100 15

电阻 0 10

电阻 10K 2

三极管 8550 1

2输入四与门 74LS08 1 4、系统原理图、印制板图及其说明

一、单元电路分析

依照设计思路和原理框图，对各个单元电路进行分析，逐次设计出各个单元电路。

一、秒脉冲发生器

（1）555按时器电路的大体原理

555按时器内部结构图如下图。

555按时器内部结构图

由图能够看出，555内部结构包括两个电压比较器C1和C2，一个大体RS触发器和一个集电极开路的放电三极管TD三部份组成。

VI1是比较器C1的反相输入端，也称阈值端，用TH表示。VI2是比较器C2的同相输入端，也称触发端，用TR表示。VR1和VR2是C1和C2的基准电压，VCO是操纵电压输入端，当VCO悬空时，VR1=2/3VCC，VR2= 1/3VCC。假设VCO接固定电压时，VR1=VCO， VR2=1/2VCO 。/RD是清零端，当/RD=0时，VO=0；当/RD=1时，电路处于工作状态。

555按时器的逻辑功能要紧取决于比较器C1、C2的工作状态，分析如下，在无外加操纵电压VCO的情形下：

一、当VI1>VR1，VI2>VR2时，比较器输出VCl=0，VC2=1，触发器置0，使得按时器输出VO=0，同时TD导通。

二、当VI1

3、当VI1VR2时，比较器输出VCl=1，VC2=1，触发器维持原状态不变。

555集成按时器功能真值表

（2）秒脉冲发生器电路设计

图中OUT引脚为输出端，即由555产生的1HZ脉冲又此输出至CD4511输入端。

接通电源后，电容C被充电，当VC上升到2VCC／3时，使V0为低电平，同时放电三极管T导通，现在电容C通过R23和T放电，VC下降。当VC下降到VCC／3时，V0翻转为高电平。电容器C放电所需的时刻为

t= R23Cln2≈ R23C

当放电终止时，T截止，VCC将通过R11、R23向电容C充电，由VCC／3上升到2VCC／3所需的时刻为

t=( R11+ R23) Cln2≈ (R11+R23)C

当VC上升到2VCC／3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就取得一个周期性的矩形波。

(R11+2R23)C，依照计算得，R11=47K，R23=51K，C=10μF。

二、计数器电路

计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制可编程同步加/减计数器，它采纳8421码二一十进制编码，并具有直接清零、置数、加/减计数功能。74LS192的真值表如表所示。

74LS192真值表

74LS192引脚图如下：

◆ CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。

◆ LD为预置输入操纵端，异步预置。

◆ CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

◆ CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，

◆ BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。 74LS192功能表如下：

（1）74LS192的工作原理

当/LD= 1，CR=0时，假设时钟脉冲加入到CPu端，且CPd=l那么计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，/CO端发出进位下跳变脉冲；假设时钟脉冲加入到端CPd，且CPu=1，那么计数器在预置数基础上完成减计数功能，当计数减到0时，/BO端发出借位跳变脉冲。由74LS192组成的三十进制递减计数器如下图。

三十进制递减计数器 图中CPU、CPD别离是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。/LD是异步并行置数操纵端（低电平有效）。/CO、/BO别离是进位、借位输出端（低电平有效）。CR是异步清零端，D3~D0是并行数据输入端，Q3~Q0是输出端。74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

（2）计数器单元电路

74LS192的计数原理是：只有当借位/BO1端发出借位脉冲时，高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零，且CPd为0时，置数/LD2端等于0，计数器完成并行置数，在CPd端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。计数器单元电路如下图。

计数器单元电路

该电路图上的两个74192的QA、QB、QC、QD端别离接译码器4511的ABCD端作为译码输入，计数器预置数为30，但计数器减为00时，高位的计数器/BO端输出报警信号报警电路报警。

3、译码显示电路

CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存操纵、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。

CD4511 是一片 CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中a b c

d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平常，显示器正常显示，加低电平常，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是不是有故障。BI为消隐功能端，低电平常使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存操纵端，高电平常锁存，低电平常传输数据。a～g是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，因此显示六、9这两个数时，字形不太美观 图3是 CD4511和CD4518配合而成一名计数显示电路，假设要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指

7 段 LED 的阴极是连在一路的，在应用中应接地。限流电阻要依照电源电压来选取，电源电压5V时可利用300Ω的限流电阻。

CD4511引脚图如下：

其功能介绍如下：

BI：4脚是消隐输入操纵端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它要紧用来检测数码管是不是损坏。

LE：锁定操纵端，当LE=0时，许诺译码输出。 LE=1时译码器是锁定维持状态，译码器输出被维持在LE=0时的数值。

A一、A二、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通经常使用以驱动LED。其引脚图如3-2所示。

各引脚的名称：其中7、一、二、6别离表示A、B、C、D；五、4、3别离表示LE、BI、LT；13、1二、1一、10、九、1五、14别离表示 a、b、c、d、e、f、g。左侧的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚八、16别离表示的是VDD、VSS。

4511管脚排列图

输 入 输 出

LE BI LI D C B A a b c d e f g 显示

X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8