24秒倒计时器的设计(课程设计)

24秒倒计时器的设计(课程设计)

目录

一、计时器概述 ................................................................................................... 1

1、计时器的特点及应用.............................................................................. 1 2、设计任务及要求...................................................................................... 1 二、电路设计原理及单元模块............................................................................ 1

1、设计原理.................................................................................................. 1 2、设计方案.................................................................................................. 2 3、单元模块.................................................................................................. 3

3.1、所用各个芯片功能........................................................................... 3

3.2、各单元电路....................................................................................... 7 四、安装与调试.................................................................................................. 11

1、电路的安装............................................................................................ 11 2、电路的调试............................................................................................ 12 五、结论与心得.................................................................................................. 12 六、参考文献...................................................................................................... 13

1、总电路图................................................................................................ 14 2、元件清单................................................................................................ 14 3、实物........................................................................................................ 15

24秒倒计时器的设计(课程设计)

24秒倒计时器的设计和制作

一、计时器概述

1、计时器的特点及应用

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的应用是相当普遍的。

在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就违例了。本课程设计“智能篮球比赛倒计时器的设计”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间24秒限制。一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动的报警从而判定此球员的违例。

2、设计任务及要求

设计一个24秒倒计时器，具体功能要求如下： 1、用小规模集成电路设计24秒倒计时电路； 2、用555定时器产生1Hz的标准脉冲信号； 3、当计时器显示00，同时报警；

4、计时器应具有清零、启动、暂停/继续计时等控制功能。

二、电路设计原理及单元模块

1、设计原理

24秒计时器的总体参考方案框图如图1所示。它包括秒脉冲发生器、

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计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）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。计数器完成24秒计时功能，而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。

秒脉冲发生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LED显示器组成。报警电路在实验中可用发光二极管和鸣蜂器代替。

主体电路： 24秒倒计时。24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。选取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲信号通过一个与门将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。

2、设计方案

图1、电路框图

总体电路说明：

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倒计时功能主要是利用192计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换，以适合分和秒的不同需要。由于该系统特殊的需要，到计时器到零时，通过停止控制电路使计数器停止计数并发出蜂鸣警报。

3、单元模块

3.1、所用各个芯片功能

3.1.1、555定时器

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如右图所示。

图2、555定时器内部结构

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它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平。表6—1 555定时器的功能表

表1 555定时器的功能表

3.1.2、74LS48

7448是7段显示译码器,输出高电平有效的译码器。工作电压为5V，用于驱动共阴极数码管，7448除了有实现8段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。

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功能或数字 输入

输出

显示字形

a

b 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0

c 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0

d 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0

e 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0

f 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0

g 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0

0 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 无效输出

灭灯 8 0

灭灯

灭灯 试灯

× × × × × × 0 0

× × × × × 1 1 0

0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0

动态灭灯 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1

× 0 × 0 × 0 × 0 × 0 × 0 × 0 × 1 × 1 × 1 × 1 × 1 × 1 × 1 × 1

10 1 11 1 12 1 13 1 14 1 15 1

表2、74LS48功能表

3.1.3、74LS192

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数 等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示： 图中：位输出端，

为置数端，

为加计数端，

为减计数端，

为非同步进

为

为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，

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清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。

其功能表如下：

3.1.4、数码管

数码管也称LED数码管，晶美、光电、不同行业人士对数码管的称呼不一样，其实都是同样的产品。

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数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，也就是多一个小数点（DP）这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容；按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。

按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

LED数码管引脚定义

3.2、各单元电路

3.2.1、秒脉冲发生电路

秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。电路图如下图所示。当开关断开时，两电阻阻值设置为20K与62K，使得555定时器产生周期为1s的脉冲；当开关闭合时，电路不能输出信号，于是没有脉冲输入74LS192中，故74LS192在保持状态，即实现暂停功能。

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3.2.2、倒计时电路

24秒倒计时电路。这部分电路的主体部分在时钟脉冲的输入情况下工作，下面进行具体分析。

计数器的倒计时功能。用两片74LS192分别做个位（低位）和十位（高位）的倒计时计数器，将低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲，同时将外界时钟脉冲信号输入到个位（低位）的down端，实现电路的倒计时功能。

将两片芯片的置数输入端分别置为“2”与“4”，当控制电路给予两芯片置数端低电平（有效电平）时，能使其置为“24”。同时将清零端接地。

下图为倒计时电路的具体电路

3.2.3、控制电路

停止：我采用十位（高位）的借位输出端作为停止电路的信号，当数码

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管显示为“00”，即十位（高位）输出均为低电平时，此时其借位输出由高电平变为低电平，将其与秒脉冲信号发生电路的输出端通过一个与逻辑，再通到个位（低位）的down端，此方法截断了秒脉冲信号，实现了停在“00”的功能。另外，当计数器正常计数时，十位（高位）借位输出端始终保持高电平，当其与秒脉冲信号发生电路的输出端通过一个与逻辑，再通到个位（低位）的down端，并不影响秒脉冲的输入。

置数：利用一个开关，及一个与非门，与非门一端接高电平，另一端通过一个1k电阻再接高电平，同时接开关一段，开关另一端接地。与非门输出端与两块74LS192的置数端LOAD相连。如图当开关J2断开时，置数端为“1”，置数端无效，能正常计数，当开关J2闭合时，置数端为“0”，置数端有效，能置为“24”。

3.2.4、报警电路

当电路显示为“00”时，利用十位（高位）的借位输出端为“0”实现发光二极管及蜂鸣器的工作，同时，由于蜂鸣器的导通电压有些大，不能与发光二极管并联，因此通过一个与非门与其相连。如图

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3.3、总电路图

由555定时器输出秒脉冲与十位（高位）的借位输出端经过一个与逻辑输入到计数器U3的down端，作为减计数脉冲。当计数器计数计到0时，U3的(13)脚输出借位脉冲使十位计数器U2开始计数。当计数器计数到“00”时，U2的(13)脚输出借位脉冲输出一个低电平，与555定时器输出秒脉冲通过一个与门，

从而

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截断秒脉冲，使其停在“00”，同时，报警电路工作，发光二极管亮，蜂鸣器响。当J2断开时，U2、U3置数端有效，实现复位功能，再将J2闭合时，U2、U3置数端无效，开始正常计数。在计数过程中，J1闭合时，使555定时器放电端接地，其输出端无脉冲输入，从而实现暂停功能，当J1断开时，又开始正常计数。此外，可连上一个电源总开关，实现电源通断。

三、仿真过程与仿真结果

利用Mustisim电路仿真软件，连好电路，进行仿真。仿真结果符合实验要求。

四、安装与调试

1、电路的安装

按照万能板的规格，设定好各集成芯片的排放位置、测试各芯片是否与面板接触良好。

用异步可逆双时钟BCD计数器74LS192及相关门实现定时倒计时电路。

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当检测出问题后分析其原因，是元器件本身原因还是接线错误，更换元件或重新正确接线，保证电路的正确运行。

2、电路的调试

我在连接电路时，采用部分单元电路检测的方法，在逐步连接，先检测秒脉冲信号发生电路是否能正常输出1s脉冲，再连接检测倒计时电路是否正常计数，最后连上控制电路与报警电路。在连上报警电路时，由于仿真结果与实际上会有一些出入，从而导致不能实现电路正常工作。即当蜂鸣器与发光二极管和电阻并联时，电路不能停止在“00”时刻，而在仿真中却是可行的。在实际中拿掉蜂鸣器后却是可行的，于是估计是由于蜂鸣器工作后，使其两端电压十分接近，以至于不能区分高低电平，于是，我在蜂鸣器支路上也串联一个330欧姆的电阻，此时，电路能停在“00”时刻，可蜂鸣器不工作，估计是加上电阻后达不到蜂鸣器的工作电压。最后，我另加一个与非门将蜂鸣器独立出来，此时电路能实现功能。

五、结论与心得

课程设计是一个很好的学习平台，在本次电子技术课程设计中，能够利用所学的知识设计一个实际有用的电子实物，十分具有意义，能够做到学以致用，将理论与实践结合起来，很好的提升了自我能力。

在整个过程中，基本掌握了电路仿真软件Multisim的使用，能够在该软件上设计一些常用的电路。

2、学会了查阅芯片手册，掌握一些常用芯片的功能，

3、对排版、焊接技术有了新的见解，我的排版、焊接技术有了新的提高 。 4、提高了自己的动手能力与实践。

5、在设计过程中，有效的运用所学知识，认真思考以及通过查阅，讨论， 请教老师等方式解决了一个个问题，

6、在检测电路的过程中，学到了不少东西，能够把握住一些常见的故障并做修改。

7、通过同学之间的相互交流，讨论，能够学到很多。

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六、参考文献

[1] 康华光. 电子技术基础 数字部分. 北京：高等教育出版社，2006 [2] 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2006

[3] 程勇. 实例讲解Multisim 10电路仿真. 北京：人民邮电出版社，2010 [4] 陆应华. 电子系统设计教程. 北京：国防工业出版社，2005 [5] 李忠波等. 电子技术仿真与实践. 北京：机械工业出版社，2004

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七、附件

1、总电路图

2、元件清单

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3、实物

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电子技术课程设计

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1o9h.html