篮球竞赛30s倒计时的设计课程设计背景

所设计的电路简单、使用方便、稳定且功能多样，具有较强的实用价值。 项目设计要求（1）具有显示30S的计时功能； (2)设置外部操作开关，控制定时器的直接清零、启动和暂停/继续功能； (3)定时器为30S递减定时器，定时间隔为1S； (4)当定时器倒计时为零时，数码管不能关灯，应发出光电报警信号。 设计任务和目标（1）根据给出的电路原理图分析各单元电路的功能； （2）熟悉电路中使用的各集成块的引脚及功能； (3)安装、调试电路，直至电路达到规定的设计目标； （4）撰写完整、详细的课程设计报告。 5.1 电路设计 设计原理分析和设计任务。 该系统由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路五部分组成。 其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。 计数器完成30秒倒计时功能，控制电路具有直接控制计数器的清零、启动和暂停/连续功能、译码显示电路的显示和熄灭、光电报警等功能。 为了满足设计要求，在设计控制电路和控制开关时，应正确处理各信号之间的时序关系。 直接清零操作时，需将计数器清零且数码管显示为零。 当设定开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成设定功能，译码显示电路显示30s。

当启动开关闭合时，计数器开始倒计时； 当暂停/连续开关断开时，计数器停止计数并处于保持状态； 当暂停/连续开关闭合时，计数器继续递减计数。 当计数器倒数至零时（即定时器到期），控制电路发出报警信号。 5.2设计方案采用555时基电路组成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲，即周期为秒的方波。 使用2作为计数模块，最后通过两个带解码功能的数码管显示。 单元模块6.1脉冲模块采用555集成电路组成多谐振荡器电路，为系统提供时钟秒脉冲。 555定时器响应秒脉冲发生器计数器译码显示报警电路控制电路当控制电路用作多谐振荡器电路时，当电源接通时Vcc通过电阻R1和R对电容器C充电，其上的电压上升呈指数级增长。 当升到2/3Vcc时会引起比较器输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C的输出电压通过RC2变高，C放电终止，Vcc通过R1和R2重新开始充电； 循环重复。 ，形成振荡。 那么它的振荡周期与充放电时间有关，即与外部元件有关，不受电源电压变化的影响。 计算公式（T1电容C充电时间，T2电容C放电时间，占空比） T1===R1/R1+ R2T=T1+T2 为了使占空比达到50%且T=1s，两个电阻应具有相同的值。 根据经验，C为10uf。 抗干扰电容C2减小为0.1uf。 经过计算，R1R2应为72KΩ555以上。 谐振振荡电路图 第二脉冲模拟图 该芯片是时基集成电路，从用途和工作方式上一般可分为三类。

每种工作方式都有许多不同的电路。 实际应用中，除了单一类型的电路外，还可以组合多种不同的电路，如：多个单稳态、多个双稳态、单稳态与非稳态、双稳态与非稳态组合等。图为内部功能框图和NE555内部引脚图。 NE555 内部引脚图 6.2 计数模块 倒数模块设计原理 如下图所示，计数电路采用两片设计。 它是一个具有“异步清零”和“异步置位”功能的十进制计数器，并具有进位和借位输出。 两片组成一个30位的递减计数器，并带有预设的数字。 计数器的十位连接到三进制，计数器的个位连接到十进制。 数字的设置通过开关连接高低电平。 如果接高电平，可以进行其他设置； 该计数器预设数为()=(30)10。只有低端发送错位脉冲时，高端计数器才会递减计数。 一块构成1秒倒计时电路（即个位）。 引脚图及功能表如图所示。 其计数原理是：使加计数脉冲信号引脚CPu=1，并将计数脉冲加到个引脚CPD上。 当递减计数到零时，个位端发出一个未对准脉冲，使十位计数器递减计数。 当高位、低位计数器全为零时，在芯片的作用下被锁定，不计数。 倒计时模块设计原理图的设计原理如下： （1）电阻芯片最大工作电流为34mA，最小电流不确定，因此在“清零”和“启动”开关之间串联电阻J1和J2不应小于147Ω，所以我选择了常见的1k电阻。

(2) 开关J1 开关J1 的功能是设定号码和启动。 当开关拨到VCC端时，芯片开始倒计时； 当开关拨至接地端时，芯片预设该号码。 (3) 开关J2 开关J2 的功能是异步清零。 当开关拨到VCC端时，芯片异步清零； 当开关转到地端时，芯片处于减法状态。 (4) 开关J3 开关J3 的功能是暂停和继续。 当开关打开时它会暂停，当开关关闭时它会继续。 (5)维持00状态。 当计数器减到00时，在下一个脉冲到来后，在十位芯片的错位点处发出借位信号。 借位信号为低电平0，将0信号与脉冲信号（从电流 ）进行与非运算，结果是高电平1输出，然后取反（实现）得到低电平0。此时，无论输入什么脉冲，得到的输出都是0信号，芯片无法继续减法。 图 4 - 引脚图 各引脚功能如下： 引脚 15、1、10、9（P0~P3）：并行数据输入引脚 13（TCD）：借位输出（低电平有效） 12 引脚（TCu） ：进位输出端（低电平有效）引脚 CPD：减法计数时钟输入端 14 引脚 MR：异步清零端（低电平计数高电平清零） 11 引脚 PL：异步并行 插入控制端子引脚：Q0~Q3 输出端子 8 16：接地端子并连接 功能表 功能表 引脚图 功能表 6.3 解码显示模块 该模块主要依靠独特的数码管。 数码管与普通的七段数码管不同。 它具有解码功能，因此我们在进行仿真实验时可以省略解码电路。 如果我们想要真正搭建本课程设计的电路，我们需要添加相应的解码电路。 （可以选择相关解码器如、、、等）。 下面给出了所选解码器的相关引脚信息和解码器电路图。

它是一个七段显示译码器，其引脚图如图所示。 现将各引脚的功能介绍如下： BCD 码输入端。 是输出端。 (3) 测试灯输入端LT：低电平有效。 当LT时，无论输入解码信号如何，数码管的七段都应该亮。 该输入端用于测试数码管的好坏。 (4) 动态过零输入端RBI：低电平有效。 当LT RBI=0且输入解码时，该位的输出不显示，即字0熄灭； 当解码输入不全0时，该位正常显示。 该输入用于清除无效的 0。 例如，数据0034.50可以显示为34.5。 （5）灭灯输入/动态灭零输出端子RBO：这是一个特殊的端子按钮，有时用作输入，有时用作输出。 当使用RBO作为输入时，当RBO打开时，无论解码输入如何，数码管的七段全部关闭。 当RBO作为输出时，由LT控制 RBO = 0； 其他情况下，RBO=1。该按钮主要用于显示多位时连接多个解码器。 此设计将 RBI 和 RBO 都设置为高水平。 引脚图为共阴数码管原理图及限流电阻的选择原则：LED始终工作在最大额定值。 因此，最大正向电流IF额定值一般为30mA。 根据常识我们可以知道，如果电流大，LED就会发出很强的光，但是会消耗大量的电能。 电流小，LED发光少，耗电少。

LED 通常在电路中用于指示目的。 电路整体功耗必须控制，不能全部消耗在指示灯上。 当然，电源的功率也要考虑满足后续电路的功耗要求，最好有足够的功率。 因此，我们选择该LED的正向电流为20mA，正向压降为3.3V。 限流电阻可按以下公式计算： 限流电阻=（电源电压-LED正向稳压电压）/所需工作电流选定为IF=20mA，VF=3.3V，电源电压Vcc=5V ：限流电阻=（5V-3.3V）/20mA=85欧姆通常取更好的值（即阻值相近的电阻），R=100Ω。 在设计本课程时，我们可以通过软件进行仿真，因此可以选择带有自身解码功能的理想数码管的简化电路来获得实验结果。 模拟数码管显示电路如下。 理想数码管模拟电路 6.4 报警模块电路 当定时器倒计时到零时，数码管不关闭灯，同时发出光电报警信号等。为完成报警功能，需要一个电流-仿真时应在发光二极管上加限流电阻。 电路如图所示。 光电报警电路概述本设计由秒脉冲发生器、计数器、译码与显示电路、报警电路和控制电路（辅助定时控制电路）五部分组成。定时电路倒计时，每1秒计时一次。