武汉理工大学电工电子课程设计篮球24秒计时器..docx

武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书 PAGE \* MERGEFORMAT 16 摘要 篮球24秒计时器是篮球比赛中的主要计时工具。本文设计的篮球24秒计时器主要由脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路、声光报警电路组成。以时基电路555定时器构成多谐振荡器组成为时钟脉冲信号源，以74LS192为主要计时部件，采用减计数方式，配合译码显示电路构成24秒计时器的主要部分。控制部分通过缓冲电路，防抖动电路开关实现，使之能对计时器进行计数、清零、启动、暂停等功能，从而使方案符合各项技术指标，成功完成任务。 关键词：74LS192计时器 ；555定时器；防抖动电路；译码器 篮球24秒计时器的设计与制作 1 设计内容及要求 1．1 设计目的 1）强化专业理论知识，巩固555多谐振荡器及74系列芯片功能； 2）掌握各芯片功能之间的配合； 3）训练动手能力，培养专业素养。 1．2 基本任务与要求 1）制作一个篮球24秒计时器，有计时显示功能； 2）计时器为递减工作，间隔为1秒； 3）递减到0时发出光电报警信号； 4）设置外部开关，控制计时器的清零，启动暂停等功能； 5）直流5V稳压电源供电。 2 实验电路设计方案原理图及其论证 实现篮球24秒计时器的电路图，可按功能分为六部分：时钟脉冲，控制电路，计数器，声光报警电路，译码器，显示电路。原理框图构建如下 控制电路 控制电路 计数器显示电路译码器时钟脉冲 计数器 显示电路 译码器 时钟脉冲 声光报警电路 声光报警电路 图1 24秒计时器原理框图 2．1 方案一 选取74LS192作为计数器。74LS192是十进制同步计数器，可以进行加计数和减计数。另外还有置数端和清零端，实现外部电路的启动，暂停以及清零等功能的控制。脉冲信号由555定时器组成的多谐振荡器产生，与开关及借位信号一起作为74LS192的时钟信号，由显示器显示计时状态。电路的具体原理图如下所示。 图2 方案二原理图 2．2 方案二 与方案一类似，方案二也选用74LS192作为计数器，脉冲信号也由555定时器组成的多谐振荡器产生。不同的是在启动/暂停开关处增加了两个非门作为缓冲电路，在74LS10与74LS192之间接入反向器，并增加74LS373作为防抖动电路，具体电路图如下所示。 图3 方案二原理图 2．3 方案择优 方案一能实现电路的基本功能，具有计数，清零，启动以及暂停等功能。但是具体操作时开关电路易发生抖动，造成开关闭合后显示器跳动异常的现象。另外三个信号通过74LS10三输入与非门后直接接入74LS192的减计数端。控制开关断开后再闭合，这个过程在74LS10输入端看来是一个上升沿脉冲。这样极易在74LS192的减计数端产生一个上升沿脉冲，造成计数混乱，显示器跳动异常的现象。方案二在74LS10及74LS192之间接入一个74LS04非门电路，使该上升沿脉冲变成下降沿脉冲，这样就不会存在显示器计数混乱的现象。同时采用两个非门作为开关电路的输入缓冲级，很好地改变了跳动幅度过大的情况。再通过一个74LS373D触发器组成的锁存器，使输入的信号更加地平稳，显示器抖动现象已几乎不存在，很好地解决了开关抖动的问题。因此，选取方案二作为本次篮球24秒计时器的主要设计方案。 3 各单元电路的设计 3．1 信号脉冲发生器的设计 利用555定时器构成多谐振荡器，产生单位脉冲信号。555定时器以其内部含有3个5KΩ的分压电阻而得名，是一款模拟与数字信号混合型集成电路，在定时器，计时器以及其他功能区有着广泛的应用。其内部框图及引脚图如下所示。 图4 555定时器内部组成框图及管脚图 其各引脚使用功能如下： 1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。 3脚：输出端Vo。 2脚：低触发端。 6脚：TH高触发端。 4脚：是直接清零端。当端接低电平，则实际电路不工作，此时不论 TH处于何种电平，实际电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防其他信号的干扰。 7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。 信号脉冲发生器电路如下。其中输出端V0接入74LS10的输入端。在电路中接入RC电路可以有助于获得较低的振荡频率，而且通过改变R，C的数值可以很容易实现对频率以及占空比的的调节。振荡电路是计时器的核心部分，电容充放电的速度以及R1 .R2 .C的数值决定了电路的振荡频率。 图5 多谐