-数电报告-30秒计时器DOC

目录
简介
1 系统组成原理
2 元器件的选择
2.1 计时器电路元器件的选择
2.2 译码显示电路元器件的选择
七段发光二极管（LED数码管
2.3 555 定时器
3 各部分设计及其原理图
3.1 30 秒循环计数器的原理图.
3.2 开关控制电路
3.3 秒脉冲发生电路
3.4 报警电路10
4 总原理图10
5 课设小结11
6 参考文献12
简介
随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，运用数电知识设计的电子产品成为社会生活不可缺少的一部分，特别是在各种竞技运动中，计时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。

电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。

在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。

在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30 秒，否则就犯规了。

本课程设计的“篮球竞赛30 秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30 秒限制。

一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。

本设计主要能完成：显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/ 连续功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯；计时器为30秒递减计时其计时间隔为1 秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。

同时本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30 秒计时器。

此计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能，同时应用了七段数码管来显示时间。

此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。

关键词：同减计数器74LS192D LM555定时器，LED数码管
1 系统组成原理
本课程设计主要包括秒脉冲发生电路、计数电路、数码显示电路和报警电路，控制电路是由各外部操作开关组成，而秒脉冲发生器是由555定时器构成，计数电路则由计数器组成。

其设计原理构图如下：
秒脉冲发生器+
＞报警电路」
外難作开关’
图1-1系统组成原理框图
脉冲冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路等五个模块组成。

其中计
数器和控制电路是系统的主要模块。

控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、
暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。

当启动
开关闭合时，555振荡器将产生的信号送至计数器的DOWN信号输入端，减计数
器开始工作，完成30秒计时功能。

秒脉冲发生篮球30秒计时器的总体参考方案框图如图 2.1所示。

它包括控制电路、秒脉器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准, 但本设计对此信号要求并
不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。

译码显示电路由74LS48和共阴极七段LEE显示器组成。

报警电路在设计中可用发光二极管代替。

分析设计任务，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；为了简单
起见，将暂停与连续的控制开关放在555电路模块中，通过控制脉冲信号的传送来达到相应的目的。

当计数器CLR端输入高电平时清零
2元器件的选择
2.1计时器电路元器件的选择
在数字系统中使用的最多的时序电路要算是计数器了。

计数器不仅能用于对
时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。

计数器的种类非常多。

如果按计数器中的触发器是否同时翻转分类，可以将计数器分为同步式和异步式两种。

在同步计数器中，当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同时发生的。

而在异步计数器中，触发器的翻转由先有后，不是同时发生的。

在设计中我们选择的是同步加/减计数器74LS192。

它是双时钟同步可逆计数器, 是8421BCD 码计数，其详细引脚图及功能表如下:
21 MR 7<D TQ J PL P3
I JL Z JL J JI J JL L JL S JL L JL L I
Pl Qi 伽CP D CPU 0；03 GhO
图2-1 74LS192引脚图
表2.1 74LS192功能表
表中CR是清零端，LD是置数端，CP是加计数时钟输入端，CP是减计数时钟输
入端，D3、D2、D1、D0都是计数器预置数输入端，Q3、Q2、Q1、Q0都是数据输出端，另外，co是非同步进位输出端，BO是非同步借位端输出端。

2.2译码显示电路元器件的选择
七段发光二极管（LED数码管
LED数码管是目前最常用的数字显示器，图 4.4.1 （a及（b）所示为共阴管及共阳管的引脚功能图和电路。

一个LED数码管可用来显示一位（0〜9）十进制数和一个小数点。

小型数码管每段发光二极管的正向压降随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略差别，通常约为2~2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5~10mA之间。

LED数
码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。

共阴接法和共阳接法的区别在于它们公共端的接法不一样。

共阳接法中，数码管的公共端3和8都接VCC，而共阴接法中，3、8脚都接GND。

2.3 555定时器
设计中采用LM555来产生一秒的脉冲信号。

555集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。

它结构简单，使用灵活，用途广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延时电路、单稳触发电路、双稳态触发器、报警
电路、检测电路、频率变换电路等。

设计要求要产生一个1s的脉冲信号来作为电路的CP脉冲信号。

通过计算得
到以下电路中的参数。

555信号周期计算
其中R1=150Q , R2=640Q ,C=110uF,C1=100uF.因为T=(R1+R2)C In 2 ，算得
T=1.011s
F面是555的内部结构和引脚图:
g D TH CO )555
aiTL 冠OUT 丽
Tirmnn
图2-3 555内部结构及引脚图
555各引脚的具体功能如下: 1地GND 2触发3输出4复位5控制电压6门限（阈值）7放电8电源电压VCC
表2.3 555定时器功能表
由图2-3不难证明表2.3的正确性，表中第一行说明555定时器的清零作用。

4
脚加入低电平，将对RS触发器直接置“ 0”。

接在R d端的三极管起跟随缓冲作
用。

当TH高触发端6脚加入的电平大于2/3VCC ,TL低触发端2脚的电平大于1/3VCC 时，比较器A1输出高电平，比较器A2输出低电平，触发器置“ 0”，放电管
饱和，7脚为低电平。

当TH高触发端加入的电平小于2/3VCC，TL低触发端的电平大于1/3VCC 时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出低电平，触发器状态不变，仍维持
前一行的电路状态，输出低电平，放电管饱和，7脚为低电平。

当TH高触发端6脚加入的电平小于2/3VCC，TL低触发端的电平小于1/3VCC时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出高电平，触发器置“1”，输
出高电平，放电管截止，7脚为高电平。

因7脚为集电极开路输出，所以工作
时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。

当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后
一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。

只有高触发端和低触发端的电平
变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平,
7脚为低电平。

3各部分设计及其原理图
3.1 30秒循环计数器的原理图
图3-1 30
接通5V 电源后，DOWN 端输入连续信号脉冲，计数器实现 30秒循环减计数功 能。

VCC
5V
U1
15 10 L
ABC D
~LOAD CLR ~BO ~CO
VC
4 3 I -一
V UP 、DOWN
U2
15
上30
9"
CD
〜LOAD
CLR
〜BO 〜CO
5 ~4 > UP > DOWN
74LS192D
3 2
£ 7 —3—
4 ---
XFG1
10
U4
DCD HEX DIG BLUE
U3
DCD HEX DIG BLUE
3.2开关控制电路
■…Koy = Space
图3-2开关控制电路
J1接低电平实现置数，接高电平开始减计数； J2接低电平计数器正常工作，接
高电平实现清零；J3接低电平计数暂停，接高电平计数连续。

VCC ：:
5V-
J1 -.0
、
• Key = Space
■I ■ p p I
-
----------------- 1
...J3二 (I)
3.3秒脉冲发生电路
R1
1500
C2
±10pF LM555CM
C1I
100M F
Hl-
图3-3秒脉冲发生电路
3.4报警电路
设计中要求电路在计数为0时实现光电报警的功能。

■ LED1
____ V CC
5V
图3-5报警电路
当第一个74LS192D产生借位时BO输出低电平，发光二极管导通发光，完成光电报警功能。

图4-1总电路原理图
课设小结
通过这次课程设计，加强了我的动手、思考和解决问题的能力。

这个方案总 共使用74LS192两个，74LS11, LM555定时器各一个。

在设计过程中，经常会
遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路, 总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

我懂得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，
由于课本上的知识太
多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能, 限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路 中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解 了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了, 下次就忘了，通过动手实践让我对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是
4总原理图
SI
VCC 一|-弭
C1 = =10(h*F
C1
US
5V
74LailQ
t>CD_HEX_D1G_BLUE
___ VCC 5V
而且考试内容有 U1
KD^MEXJHGJLUE
U3
UZ
1
认识的动力和最终目的， 实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之后的 课程设计对我们的作用是非常大的。

对我而言, 知识上的收获重要, 精神上的丰 收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识 是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论， 才能真正为社会服务， 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计 的过程中遇到问题， 可以说得是困难重重， 这毕竟第一次做的， 难免会遇到过各 种各样的问题， 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处， 对以前所学过的知 识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出 现差错的随机应变， 和与人合作共同提高， 都受益非浅， 今后的制作应该更轻松， 自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

参考文献
[1]NiklausWirth •数字电路设计•高等教育出版社, 2002。

[2]彭介怀•电子技术课程设计•北京：北京高等教育出版社，2003。

[3]王公望•现代电子电路应用基础•西安电子科技大学出版社, 2005。

[4]1刘培植•数字电路设计与数字系统•北京邮电大学出版社, 2005。

2005。

⑸李焕英•数字电路与逻辑设计实训教程•科技出版社， ⑹阎石•数字电子计术基础•高等教育出版社，
[7]电子技术基础•数电部分（第五版）•高等教育出版社，2008。

2006。