30s定时电路设计

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电子工程系课程设计专业名称：电子信息工程技术

课程名称：数字电子技术

课题名称： 30s定时电路

设计人员：

指导教师：

2013年 12月 8日

《30s定时电路课程设计》任务书

一、课题名称：30S定时电路

二、技术指标：

1．具有30S减计时显示功能；

2．减计时时间间隔为1S；

3．具有外部操作开关，用以控制计数器的置30S，启动计时，

暂停计时和连续计时；

4．减计时到0（显示00），发出报警信号（用发光二极管显示）。

三、要求：

1．写出设计过程，画出逻辑图，简要说明电路的工作原理；

2．自选集成计数器，显示译码器，门电路和数码显示器；

3．自拟测试调整步骤和选用电子测量仪表；

4．画出原理图，生成PCB图和封装图。

指导教师：

学生：

电子工程系

2013 年12 月8 日

课程设计报告书评阅页

课题名称：30s定时电路

班级：

姓名：

2013 年12月8 日指导教师评语：

考核成绩：指导教师签名：

20 年月日

摘要

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球员的犯规。本文对篮球比赛中的30s计时产生背景进行了概述，并由此对30s计时器的设计思路，设计原理和方案进行了详尽的分析和说明。此方案从30s计时器的用途入手，在整体分析之后总结设计思路和设计方案得出如下的结论: 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，可以直接启动、暂停、连续、清零以及具有光电报警功能。该设计主要由以下6部分组成，即外部开关、控制电路、秒脉冲发生器、计数器、译码显示器、以及报警电路。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，同时发出光电报警信号等。

由于30秒计时器的设计的应用，使得篮球比赛朝着更加公平合理，紧张激烈和富有魅力的方向发展。

关键词：30s；秒脉冲；暂停；报警；译码显示器

目录

第1章设计任务及要求 (5)

第2章方案设计与方案选择 (6)

2.1方案设计 (6)

2.2方案选择 (7)

第3章单元电路设计 (7)

3.1计数器的设计 (7)

3.2 秒脉冲发生器的设计 (9)

3.3 控制报警电路的设计 (11)

3.4 译码器与显示器的设计 (12)

第4章整体电路及工作原理 (14)

第5章调试与检测 (15)

5.1 计数器的调试 (15)

5.2 秒脉冲发射器的调试 (15)

5.3 控制电路调试 (15)

5.4 译码器调试与显示器调试 (16)

5.5 整机调试 (16)

第6章元器件清单 (16)

附录一总电路原理图 (18)

附录二PCB板底图 (19)

附录三PCB封装图 (20)

参考文献 (21)

第1章设计任务及要求

设计一个30s定时电路，要求具有30s减计时显示功能并能使减计时时间间隔为1s，要求具有外部操作开关，用以控制计数器的置30s、启动计时、暂停计时和连续计时，并减计时到0（显示00）时，发出警报信号（用发光二极管显示）。

第2章 方案设计与方案选择

2.1方案设计

由于两种方案的基本电路框图一致，所以统一为以下电路框图：

图2.1 30s 定时电路基本电路框图

方案一：秒脉冲发生器使用555定时器，计数器使用74ls192组合而成，显示译码器使用CC4511组合，控制电路选用两个二输入的与非门组合而成的基本触发器和两个三输入的与非门组成，而其集成块则选用74ls20。此方案中选用的74ls20是由两个四输入的与非门组成。而由555定时器所构成的多谐振荡器没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波，可用作方波发生器。由基本RS 触发器构成的控制电路具有抗抖作用，由于机械开关的接触抖动，则R 的状态会在0和1之间变化多次，若 R=l ，由于A=0，因此G2门仍然是“有低出高”，不会影响输出的状态。同理，当松开按键时， S 端出现的接触抖动亦不会影响输出的状态。

方案二：秒脉冲触发器、计数器和控制电路所使用的与方案一相同，但控制电路的集成块使用74ls01和74ls10，显示译码器使用74ls148

秒脉冲发生器

计数器

显示译码器

LED 显示器

控制电路 报警电路

外部控制开关

图2.2 74ls148管脚图

组合，报警电路选用蜂鸣报警器。此方案中的译码器74ls148为 8 线－3 线优先编码器，共有 54/74148 和 54/74LS148 两种线路结构型式，将 8 条数据线（0－7）进行 3 线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。

方案一与方案二比较起来，对于控制电路的集成块应用，方案二的集成块闲置引脚要远大于方案一，会增加外部干扰，而在报警器的选择过程中，蜂鸣报警器的结构相对复杂，不利于电路连接，而在译码器的选择上，具有优先选择的74ls148在性能上要高于CC4511，而且其与计数器之间因为同一型号而不需要上拉电阻，大大减少了电路的导线数，但综合所有性能来看，方案一要比方案二更合适，因而选择方案二。

2.2方案选择

方案一与方案二比较起来，对于控制电路的集成块应用，方案二的集成块闲置引脚要远大于方案一，会增加外部干扰，而在报警器的选择过程中，蜂鸣报警器的结构相对复杂，不利于电路连接，而在译码器的选择上，具有优先选择的74ls148在性能上要高于CC4511，而且其与计数器之间因为同一型号而不需要上拉电阻，大大减少了电路的导线数，但综合所有性能来看，方案一要比方案二更合适，因而选择方案二。

第3章单元电路设计

3.1计数器的设计

计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统