篮球30s计时器课程设计_带仿真效果图(模块分析详细)武汉科技大学

一、设计任务与要求
设计任务：
设计一个篮球竞赛30S计时器
基本要求：
1、计时器为30S递减计时，计时间隔为1S
2、设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能
3、计时器递减计时到零时，数码显示器闪烁，同时发出报警信号
二、方案论证与设计
该设计主要由一个555芯片产生一个时钟脉冲，通过控制电路直接加在递减计时芯片74ls192上，通过七段译码显示电路直接译码显示。

一：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，再将该脉冲信号加到由74LS161构即周期为1秒，接着将该信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS248把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段输出，这样加在led七段数码管上显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、报警等功能。

二：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为1秒的方波，再将该脉冲信号送到DCD_HEX芯片上，经过DCD_HEX内部译码，使LED显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、报警等功能。

方案选择：通过原理分析和仿真实验等步骤比较后，采用方案二，更简洁、方便、易于实现和各个功能。

三、单元电路设计与电路原理
本设计分为五个部分，脉冲震荡电路、递减计时电路、译码显示电路、报警电路、最后控制电路。

如下系统框图
下面是各个单元电路，如下一一赘述：
1、脉冲振荡电路
该电路由一个555芯片组成：
555芯片的工作原理见下表1
表1 555工作电压表
原理图如下：
图2 555脉冲发射电路
如上图所示：555电路脉冲计算周期为：T=(R1+2R2)C㏑2；在本图中r1=47K，r2=48k，C=0.1u。

计算下来周期大约为1s钟。

2、递减计时电路
该电路由两个74LS192芯片组成，实现30进制的递减计时功能，U2 a,b,c,d 以及U1 c,d输入端全部接地，U1 74ls192 a,b输入端接高电平，实现30进制计数功能。

74ls192功能表如下：
表2 74ls功能表
单元电路图如下：
图2 递减计时电路
图中U1的down端接在U2的bo端，构成30s递减计数器。

3、译码显示电路
该译码显示电路选用的是集成译码功能与七段显示功能于一体的DCD_HEX芯片，运用该芯片，使电路开机来简洁，避免了有可能出现的比必要错误。

图3 译码显示电路
如上图，直接将两块数码管接在U1、U2端实现译码显示功能。

4、报警电路
报警电路主要由一个喇叭和一个555多谐振荡器组成。

原理图如下：
图4 报警电路
如上图，上面三个74ls02d直接接在U1的Qc、Qd、U2的Qa、Qb、Qc、Qd 输出端，当计数到零时，产生了6个低电平脉冲通过74ls02d接在74ls110上，使55rst端接受到一个高电平，助使555复位，输出脉冲，作用与喇叭并报警。

5、控制电路
控制电路由两个单刀双掷开关j4、j5和一个单刀单掷开关j1组成。

它们的功能如下：J1 开始；J4 暂停、继续；J5复位清零；
图5 控制电路
如上图，J1断开，U1端 a、b端接上高电平，显示器上显示30并开始递减
四、总原理图及元件清单
通过以上分析，得总原理图如下：
图6 总体原理图
表3 元件清单
元件清单：
555_virtual 2 个74ls04d 3个电阻电容若干；
DCD_HEX 2个74ls08d 2个开关
74ls02d 3个74ls20d 1个单刀单掷1个
74ls192d 2个74ls110d 1个单刀双掷2个
五、电路功能测试方案
1、首先测试555脉冲。

将示波器接在555芯片的out端，开始仿真，并断开J1开关。

双击示波器，
图7 脉冲发射端仿真效果
图8 555工作稳定后的效果
脉冲周期逐渐趋与平稳，显示器开始计时，该功能正常。

2、测试复位电路
当显示器正在计时时，单击开关J5，使其接上高电平，显示清零。

如图：
图9 测试复位清零
3、测试暂停/继续开关
当显示器正在计时时，单击下开关J4，计时暂停；再单击下J4计时继续。

图10 暂停、继续功能测试
4、报警电路测试
将示波器接在A1 555out端，打开电路仿真开关，使计时30s并到零，发现out端脉冲输出有很明显的幅度变化，从零立即升为9V。

报警测试比较成功。

图11 计时到零时，报警电路的电压变化
图12 报警电路稳定电压图
如上图：稳定后A1的稳定脉冲。

六、结论与心得
这次课程设计很好的锻炼了自己的知识实际应用能力，使自己回顾了以前学过的数模电知识，并基本学会了multisim软件的基本用法，在一定程度上提高了自己的实践能力。

在写这篇报告之前，通过网上查找相关芯片资料，参考书籍，以及同学的帮助。

老师的指导，终于完成了该电路原理图的设计，虽然在一些功能理论上支持，但是实际仿真却达不到理想效果，比如，当电路仿真开关打开时，555芯片却不能立即产生1s脉冲，而是延迟一段时间，才开始发出脉冲，而且该脉冲也不是很稳定，有时无缘由的停下，但是经过自己细心的检查，发现电路图无任何问题等。

在画电路图的时候，电路布线错综复杂，很容易连错，比如本人第一次在仿真时，当打开开关J1时，显示器显示70，经检查，发现是把U1的c端接上了高电平等。

总之，在这次设计中，在自己学到了很多东西的同时，也发现了自己的很多不足，比如自己对一些芯片知之甚少，我相信我一定会在以后的学习中多多努力。

在此，一并感谢在这次课程设计中给予我帮助和鼓励的同学和老师、以及网上的
相关作者，谢谢你们！！。