课程设计报告-篮球30秒倒数计时器信电学院课程设计说明书（2011 /2012学年第二学期）课程名称：电子技术课程设计题目：篮球30秒倒数计时器专业班级：自动化3班学生姓名：程江峰学号：100410317指导教师：马志钢设计周数：两周课设成绩：2012年7月5日目录一、课程设计摘要--------------------------------------------二、课程设计正文1、课程设计任务与要求2、方案设计（系统控制电路框图及说明）3、元器件详细介绍4、系统原理图、印制板图及其说明5、安装、调试及性能测试与分析6、课程设计总结及心得三、课程设计总结四、附录（PCB图）五、参考文献一、课程设计摘要通过电子技术课程设计的综合训练，培养独立思考、分析问题、解决问题的能力，培养工程实践能力、创新能力和综合设计能力。
根据所学模拟电子技术、数字系统与逻辑设计的理论，对模拟电子线路、数字电子线路以及模拟与数字综合电子线路进行设计、安装与调试。
定时电路是数字系统中的基本单元电路，它主要由计数器和振荡器组成。
定时电路主要利用分立元件，中规模集成器件555定时器。
用555定时器实现的定时电路主要应用单稳态触发器原理，实现定时器的功能。
在实际工作中，定时器的应用场合很多，例如，篮球比赛规则中，队员持球时间不能超过30秒，就是定时电路的一种具体应用。
篮球竞赛30秒定时器电路主要利用555定时器产生时钟脉冲，触发计数器进行从30至00倒计数，并将计数结果通过译码电路和数码管显示，当计数器减至00时，报警电路进行报警。
二、课程设计正文1、课程设计任务与要求30秒计时功能，两位数字显示，计时间隔为1秒。
完成硬件制作实现30秒减计数，每次减计时结束后，蜂鸣器报警提示，数码管显示00；电路需设置外部开关，可使定时器直接复位，并具有启动计时、暂停/连续计时功能。
2、方案设计（系统控制电路框图及说明）设计原理框图：30秒定时器电路的原理框图由图2.1可知，30秒定时电路主要由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助控制电路五部分组成。
其中，秒脉冲发生器和计数器是系统的主要组成部分。
秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，是整个定时电路的动力基础，采用555集成电路组成的多谐振荡器构成。
计数器完成30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/连续计数功能，译码显示电路完成计时显示功能、报警电路完成定时时间到报警功能。
本设计的秒脉冲发生器采用555集成电路，计数器采用两片74LS192芯片组成30进制递减计数器，译码显示电路用CD4511进行译码和共阴极七段数码管显示器组成，报警电路在设计中用发光二极管和蜂鸣器组成。
3、元器件介绍元器件详单元件名型号数量555定时器555 1计数器74LS192 2译码器CD4511 2七段共阴极2数码管发光二极管 1蜂鸣器 1开关 2电容 2电阻 6.8K 1电阻68K 2电阻100 15电阻0 10电阻10K 2三极管8550 12输入四与门74LS08 14、系统原理图、印制板图及其说明一、单元电路分析根据设计思路和原理框图，对各个单元电路进行分析，逐次设计出各个单元电路。
1、秒脉冲发生器（1）555定时器电路的基本原理555定时器内部结构图如图所示。
555定时器内部结构图由图可以看出，555内部结构包括两个电压比较器C1和C2，一个基本RS 触发器和一个集电极开路的放电三极管T D三部分构成。
V I1是比较器C1的反相输入端，也称阈值端，用TH表示。
V I2是比较器C2的同相输入端，也称触发端，用TR表示。
V R1和V R2是C1和C2的基准电压，V CO是控制电压输入端，当V CO悬空时，V R1=2/3V CC，V R2= 1/3V CC。
若V CO接固定电压时，V R1=V CO，V R2=1/2V CO。
/RD是清零端，当/RD=0时，V O=0；当/R D=1时，电路处于工作状态。
555定时器的逻辑功能主要取决于比较器C1、C2的工作状态，分析如下，在无外加控制电压V CO的情况下：1、当V I1>V R1，V I2>V R2时，比较器输出V Cl=0，V C2=1，触发器置0，使得定时器输出V O=0，同时T D导通。
2、当V I1<V R1，V I2<V R2时，比较器输出V C1=1，V C2=0，触发器置1，使得定时器输出V O=1，同时T D截止。
3、当V I1<V R1；V I2>V R2时，比较器输出V Cl=1，V C2=1，触发器维持原状态不变。
555集成定时器功能真值表（2）秒脉冲发生器电路设计图中OUT引脚为输出端，即由555产生的1HZ脉冲又此输出至CD4511输入端。
接通电源后，电容C被充电，当V C上升到2V CC／3时，使V0为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R23和T放电，V C下降。
当V C下降到V CC／3时，V0翻转为高电平。
电容器C放电所需的时间为t= R23Cln2≈0.7 R23C当放电结束时，T截止，V CC将通过R11、R23向电容C充电，由V CC／3上升到2V CC／3所需的时间为t=( R11+ R23) Cln2≈0.7 (R11+R23)C当V C上升到2V CC／3时，电路又翻转为低电平。
如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。
由上可得计算公式为：T=0.7 (R11+2R23)C，根据计算得，R11=47K，R23=51K，C=10μF。
2、计数器电路计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制可编程同步加/减计数器，它采用8421码二一十进制编码，并具有直接清零、置数、加/减计数功能。
74LS192的真值表如表所示。
74LS192真值表74LS192引脚图如下：◆CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。
◆LD为预置输入控制端，异步预置。
◆CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
◆CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，◆BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。
74LS192功能表如下：（1）74LS192的工作原理当/LD= 1，CR=0时，若时钟脉冲加入到CPu端，且CPd=l则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，/CO端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加入到端CPd，且CPu=1，则计数器在预置数基础上完成减计数功能，当计数减到0时，/BO端发出借位跳变脉冲。
由74LS192构成的三十进制递减计数器如图所示。
三十进制递减计数器图中CP U、CP D分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。
/LD 是异步并行置数控制端（低电平有效）。
/CO、/BO分别是进位、借位输出端（低电平有效）。
CR是异步清零端，D3~D0是并行数据输入端，Q3~Q0是输出端。
7 4LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
（2）计数器单元电路74LS192的计数原理是：只有当借位/BO1端发出借位脉冲时，高位计数器才作减计数。
当高、低位计数器处于全零，且CPd为0时，置数/LD2端等于0，计数器完成并行置数，在CPd端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。
计数器单元电路如图所示。
计数器单元电路该电路图上的两个74192的Q A、Q B、Q C、Q D端分别接译码器4511的ABCD 端作为译码输入，计数器预置数为30，但计数器减为00时，高位的计数器/BO端输出报警信号报警电路报警。
3、译码显示电路CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
CD4511 是一片 CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。
其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。
LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。
BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。
另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。
LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。
a～g是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。
另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观图3是 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511 和 LED 数码管即可。
所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。
限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。
CD4511引脚图如下：其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。
CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。
其引脚图如3-2所示。
各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。
左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。
4511管脚排列图输入输出LE BI LI D C B A a b c d e f g 显示X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8 X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 80 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 消隐1 1 1 X X X X 锁存锁存CD 4511的真值表4、数码管共阴数码管内部结构常见数码管的内部结构大体分为两类，一是共阴极，二是共阳极。