電子技術課程設計
目錄第一章緒論 3
1.1 設計題目 3
1.2 設計任務及要求 3
1.2.1 設計任務 3
1.2.1 效能指標要求 3
1.2.1設計要求 3
第二章電路框圖及工作原理 3
2.1 設計方案 3
2.2 電路框圖 3
第三章單元電路的設計 4
3.1 24進製計數器的設計 4
3.2 數碼顯示電路的設計 6
3.3 秒脈衝的設計 7
3.4 控制開關電路的設計 9
3.5 報警電路的設計 9
3.6 總電路說明 10
第四章小結及體會 11
參考文獻 12
附錄一籃球競賽24秒計時器總電路原理圖 13
附錄二元器件清單 14
第一章緒論
1.1設計題目
1.2設計任務及要求
1.2.1設計任務
設計乙個籃球競賽計時器，要求具有24秒倒計時顯示、暫停，清零，時間到報警等功能。
1.2.2效能指標要求
1具有顯示24秒倒計時功能；
2設定外部操作開關，控制計時器的清零、啟動、暫停功能；
3計時器計時到零時，具有報警功能。
1.2.3設計要求
1畫出電路組成框圖；
2設計出完整電路，並確定各元件引數。
第二章電路框圖及工作原理
2.1設計方案
採用計數器74ls160作為核心部分。同時選擇74ls48作為bcd碼解碼器來對7段數碼顯示管進行解碼驅動，兩個七段數碼顯示管進行顯示。採用555計時器製成的多諧振盪器，進行秒脈衝的輸入。
因為我們需要對其進行暫停、清零、報警等控制，所以我們使用了三個開關來控制計數器的各功能的實現，從而實現各種功能。
2.2電路框圖
24秒倒計時計時器的方案框圖如圖1所示。它是由秒脈衝發生器、計數器、解碼顯示電路、報警電路和控制電路等五個部分組成。其中計數器和控制電路是系統的主要部分。
計數器完成24秒計時功能，控制電路完成計數器的直接清零、啟動計數、暫停/連續計數功能，解碼顯示電路完成數字顯示功能，報警電路產生光電報警功能。秒脈衝發生器產生時鐘脈衝訊號，這個訊號作為電路的定時標準，其電路可採用555積體電路或由ttl與非門組成的多諧振蕩其構成。
圖1 24秒計時器系統設計框圖
控制電路手動置數計數器，解碼顯示電路出現顯示，秒脈衝發生器產生秒脈衝刺激計數器遞減，隨之解碼顯示電路遞減。暫停/連續時，控制電路控制秒脈衝發生器暫停/連續秒脈衝，隨之計數器和解碼顯示停止/連續工作。解碼顯示為零時觸發報警電路產生報警
第三章單元電路設計
3.1 24秒倒計時進製計數器的設計
計數器選用積體電路74ls160與與非門的連線進行設計，74ls160是十進位制加法計數器，具有直接清零、置數、加計數功能。如圖2所示。
圖2pe是同步並行置數控制端（低電平有效），rco是進製、輸出端（低電平有效），cr是非同步清零端,d3-d0是並行資料輸入端，q3-q0是輸出端。74ls160的功能表如表1所示。
表1當ld=1，cr=0時，若時鐘脈衝加到端cp，則計數器在預置數的基礎上完成加計數功能，當加計數到9時，rco端發出進製下跳變脈衝。
由74ls160構成的十進位制遞減計數器如圖3所示。
圖3其預置數為n=（1101 1011），輸出數為m=(00100100)=（24）10 。在cd端的輸入時鐘脈衝作用下，開始遞減。只有當低位rco端發出借位脈衝時 , 高位計數器才作減計數。
當高、低位計數器處於全零 , 完成乙個計數週期，然後手動置數pl=0, 計數器完成置數 ,再次進入下一迴圈減計數。在cp端的輸入時鐘脈衝作用下，開始遞減。只有當低位rco端發出借位脈衝時 , 高位計數器才作減計數。
當高、低位計數器處於全零 , 完成乙個計數週期，然後手動置數ld=0, 計數器完成置數 ,再次進入下一迴圈減計數。
3.2 數碼顯示電路的設計
根據設計的要求採用74ls48解碼器來驅動共陰極數碼顯示管。74ls48晶元是一種常用的七段數碼管驅動器，常用在各種數位電路和系統的顯示系統中。74ls48和共陰極七段led顯示器如圖4連線。
這樣連線74ls48可直接驅動共陰極led數碼管。
圖474ls48輸入訊號為bcd碼，輸出端為a、b、c、d、e、f、g共7線，另有3條控制線。為測試端，低電平有效，當=0時，無論輸入端a、b、c、d為何值，a～g輸出全為高電平，使7段顯示器件顯示「8」字型，此功能用於測試器件。為滅零輸入端,低電平有效。
在=1， =1，且解碼輸入為0時，該位輸出不顯示，即0字被熄滅。但當解碼輸入不全為0時，仍能正常解碼輸出，使顯示器正常顯示。bi\rbi是乙個特殊的埠，有時作用於輸入，有時作用於輸出，在這裡不多做介紹。
74ls48功能表見表2。
表2七短數碼管的引腳圖如下圖所示，在使用時要注意是共陽還是共陰，其中3腳和8腳相連為公共端，因為此次設計是使用的共陰極數碼管，所以在電路中接地，6腳為小數點引腳，在設計中沒要求不需要對其處理，如圖5所示。
圖53.3 秒脈衝的設計
根據設計要求，電路需要產生間隔為一秒的時間脈衝，完成正確的計數功能。所以選擇ne555定時器來設計此電路。從而產生標準的秒脈衝。
ne555定時器是一種中規模積體電路，外形為雙列直插8腳結構，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個適當的阻容元件，就可以構成史密特觸發器、單穩態觸發器及自激多諧振盪器等脈衝訊號產生與變換電路。它在波形的產生與變換、測量與控制、定時電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應用。
引腳功能： th：高電平觸發端，簡稱高觸發端，又稱閾值端，低電平觸發端，簡稱低觸發端， cvo：
控制電壓端，out：輸出端。dis：
放電端，res：復位端。工作原理見表3。
表3用555積體電路組成多諧振盪電路為系統提供脈衝，如圖6所示。
r2、r5和c1為外接定時元件，高、低電平觸發輸入端項鍊並接到定時電容c1上，r1和r2的節點與放電端相連，電壓控制端不用，通常接0.01uf電容c2。
接通電源後，vcc通過r2、r5對c1充電，dis上公升。開始時disvcc，高電平觸發端th>vcc，低電平觸發端》vcc，定時器復位，放電管飽和導通，c1通過r5放電，dis下降。當dis公式：
tw1=0.7 (r2 +r5) c1 tw2=0.7r2 c1
振盪週期計算公式：t=0.7 (r2 +2r5) c1≈1s
圖63.4 控制開關電路的設計
在本次設計中需實現計數器的暫停、復位和啟動控制，為了簡單，我們只需用乙個開關來控制啟動和復位功能。啟動復位開關和74lvc161的11腳相連即可。在這裡，主要介紹暫停/連續開關的設計，因為555產生秒脈衝全靠給c1充放電產生，所以只需中斷c1的充放電即可，所以在c1的另一端用乙個開關控制接地，這就形成了暫停/連續開關。
3.5 報警電路的設計
根據設計要求，要產生光電報警，我們採用5個或門組成乙個選擇電路，乙個發光二極體產生光亮，乙個蜂鳴器發出報警。如圖7所示。
圖7 或門or1的輸入與高位74ls160的低兩位輸出端相連，or2、or3與低位74ls160輸出端相連。當輸出端全部為低電平時or5的輸出才為低電平，此時導通發光二極體和蜂鳴器，產生光電報警訊號。
3.6總電路說明
籃球競賽24秒計時器主要是由秒脈衝發生器、計數器、解碼顯示電路、控制電路和報警電路組成。控制電路直接控制計數器啟動計數、暫停/連續計數、解碼顯示電路的顯示等功能。由附錄1可見圖中有sw1和sw2兩個開關，sw1為置數，sw2為暫停。
sw1閉合，74ls160被置數，顯示電路出現數字24。完成置數後斷開sw1，啟動計時。若此時秒脈衝電路的sw2為斷開，則產生連續秒脈訊號輸入到計數器，數碼管上的數字就會自動減1，閉合sw2，秒脈衝暫停，計數遞減暫停，斷開sw2又恢復計數遞減，這就實現了暫停/連續功能。
在計數遞減的同時，74ls160的8個輸出端也隨之產生高低電平變化來控制報警電路5個或門的高低電平的變化。由附錄1可見，5個或門的排列必須當74ls160的8個輸出全為低電平時，換而言之，就是計數到零時，或門最後乙個輸出的才是低電平，從而觸發發光二極體和蜂鳴器，產生亮光和警報聲，達到了光電報警的。
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