籃球24秒倒計時器[二類參照]

1、湖南工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計資 料 袋 電氣與信息工程 學(xué)院（系、部） 20162017 學(xué)年第 1 學(xué)期 課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計 指導(dǎo)教師 黃卓冕 職稱 講師 學(xué)生姓名 謝富 專業(yè)班級 電氣工程1401 學(xué)號題 目 籃球比賽24秒計時器設(shè)計 成 績 起止日期 2016 年 11 月 14 日 2016 年 11 月 18 日目 錄 清 單序號材 料 名 稱資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計任務(wù)書2課程設(shè)計說明書3課程設(shè)計圖紙張4總計資料56湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書2016年 2017學(xué)年第 1 學(xué)期 電氣與信息工程 學(xué)院（系、部） 電氣工程 專業(yè) 1401 班級課程名稱：

2、 電子技術(shù)課程設(shè)計 設(shè)計題目： 籃球比賽24秒計時器設(shè)計 完成期限：自 2016 年 11 月 14 日至 2016 年 11 月 18 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)一、籃球比賽24秒計時器（1）設(shè)計指標1、具有24秒計時功能；2、設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；3、在直接清零時，要求數(shù)碼顯示器滅燈；4、計時器為24秒遞減時,計時間隔為1秒；5、計時器遞減到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時發(fā)出光電報警信號；6、將24秒遞減計時器改為24秒遞增計時器，試問電路要作哪些相應(yīng)的改動。（2）設(shè)計要求1、畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2、元器件及參數(shù)選擇；3、列出實驗數(shù)據(jù)和時序波

3、形；4、電路仿真與調(diào)試（用EWB軟件）。（3）編寫設(shè)計報告寫出設(shè)計的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。二、設(shè)計工作量電子鐘電路設(shè)計說明書一份；電子鐘電路原理圖一份；籃球比賽24秒計時器設(shè)計說明書一份；籃球比賽24秒計時器原理圖一份；進度安排起止日期工作內(nèi)容2016.11.14講授設(shè)計的一般步驟和方法、設(shè)計的要求、布置設(shè)計題目。2016.11.15-17學(xué)生進行設(shè)計2015.11.18學(xué)生修改、打印設(shè)計報告主要參考資料1 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分（第五版） 高等教育出版社 2007年2 歐偉明. 實用數(shù)字電子技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，20123 陸應(yīng)華. 電子系統(tǒng)設(shè)計教程. 北京

4、：國防工業(yè)出版社，20054 李忠波等. 電子技術(shù)仿真與實踐. 北京：機械工業(yè)出版社，2004指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日借鑒類+電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計說明書籃球比賽24秒計時器設(shè)計起止日期： 2016 年 11 月 14 日 至 2016 年 11 月 18 日學(xué)生姓名謝 富班級電氣工程1401學(xué)績指導(dǎo)教師(簽字)電氣與信息工程學(xué)院（部）籃球比賽24秒計時器設(shè)計設(shè)計目的及要求一、設(shè)計要求（1）設(shè)計指標1、具有24秒計時功能。2、設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能。3、在直接清零時，要求數(shù)碼顯示器滅燈。4

5、、計時器為24秒遞減時, 計時間隔為1秒。5、計時器遞減到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時發(fā)出光電報警信號。6、將24秒遞減計時器改為24秒遞增計時器，試問電路要作哪些相應(yīng)的改動。它包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時序控制電路（簡稱控制電路）和報警電路等五個部分組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成24秒計時功能，而控制電路是控制計時器的直接清零、啟動計數(shù)和暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈等功能。為保證系統(tǒng)的設(shè)計要求，在設(shè)計控制電路時，應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系：1操作直接清零開關(guān)時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。2當啟動開關(guān)閉合時，控制電路應(yīng)封鎖時鐘

6、信號CP（秒脈沖信號），同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，數(shù)碼顯示器顯示24秒字樣；當啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)。3當暫停/連續(xù)開關(guān)閉合時，控制電路封鎖時鐘信號CP，計數(shù)器處于鎖存狀態(tài)；當暫停/連續(xù)開關(guān)斷開時，計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。（2）設(shè)計要求1、畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2、元器件及參數(shù)選擇；3、列出實驗數(shù)據(jù)和時序波形。4、電路仿真與調(diào)試（用EWB軟件）；設(shè)計任務(wù)一、計時器概述1、計時器的特點及應(yīng)用 在許多領(lǐng)域中計時器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機，還可以用來做為各種藥丸、藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器

7、在現(xiàn)代社會的應(yīng)用是相當普遍的。 在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過24秒，否則就違例了。本課程設(shè)計“智能籃球比賽倒計時器的設(shè)計”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間24秒限制。一旦球員的持球時間超過了24秒，它自動的報警從而判定此球員的違例。二、電路設(shè)計原理及單元模塊 1、設(shè)計原理 24秒計時器的總體參考方案框圖如圖1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路（簡稱控制電路）等五個模塊組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計數(shù)器完成24秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等

8、功能。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標準，但本設(shè)計對此信號要求并不太高，故電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在實驗中可用發(fā)光二極管代替。 主體電路： 24秒倒計時。24秒計數(shù)芯片的置數(shù)端清零端共用一個開關(guān)，比賽開始后，24秒的置數(shù)端無效，24秒的倒數(shù)計時器的倒數(shù)計時器開始進行倒計時，逐秒倒計到零。選取“00”這個狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截斷信號，讓該信號與時鐘脈沖信號通過一個與門將時鐘截斷，使計時器在計數(shù)到零時停住。2、設(shè)計方案圖1、電路框圖總體電路說明： 倒計時功能主要是利用192計數(shù)

9、芯片來實現(xiàn)，同時利用反饋和置數(shù)實現(xiàn)進制的轉(zhuǎn)換，以適合分和秒的不同需要。由于該系統(tǒng)特殊的需要，到計時器到零時，通過停止控制電路使計數(shù)器停止計數(shù)并發(fā)出蜂鳴警報。3、單元模塊 3.1、所用各個芯片功能 3.1.1、555定時器555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖如右圖所示。圖2、555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VC

10、C /3 和 2VCC /3555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。表61 555定時器的功能表清零端高觸發(fā)端T

11、H低觸發(fā)端TRQ放電管T功能00導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1101截止置11001截止置11110導(dǎo)通清零表1 555定時器的功能表3.1.2、74LS487448是7段顯示譯碼器,輸出高電平有效的譯碼器。工作電壓為5V，用于驅(qū)動共陰極數(shù)碼管，7448除了有實現(xiàn)8段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 功能或數(shù)字輸入 輸出 顯示字形abcdefg滅燈00000000滅燈試燈0111111118動態(tài)滅燈100000000

12、00000滅燈0110000111111100110001101100001210010111011012310011111110013410100101100114510101110110115610110100111116710111111100007811000111111118911001111110119101101010001101無效輸出111101110011001121110010100011131110111001011141111110001111151111110000000表2、74LS48功能表 3.1.3、74LS19274LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有

13、雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下：操作1清零00置數(shù)110加計數(shù)110減計數(shù)1110保持3.1.4、數(shù)碼管數(shù)碼管也稱LED數(shù)碼管，晶美、光電、不同行業(yè)人士對數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實都是同樣的產(chǎn)品。數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元，也就是多一個小數(shù)點（DP）這個小數(shù)點可以更精確的表示數(shù)碼管想要顯示的內(nèi)容；按能顯示多少個（8）可分為1位、2

14、位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。LED數(shù)碼管引腳定義3.2、各單元電路3.2.1、秒脈

15、沖發(fā)生電路秒脈沖的產(chǎn)生由555定時器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所示。當開關(guān)斷開時，兩電阻阻值設(shè)置為20K與62K，使得555定時器產(chǎn)生周期為1s的脈沖。3.2.2、倒計時電路24秒倒計時電路。這部分電路的主體部分在時鐘脈沖的輸入情況下工作，下面進行具體分析。計數(shù)器的倒計時功能。用兩片74LS192分別做個位（低位）和十位（高位）的倒計時計數(shù)器，將低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖，同時將外界時鐘脈沖信號輸入到個位（低位）的down端，實現(xiàn)電路的倒計時功能。將兩片芯片的置數(shù)輸入端分別置為“2”與“4”，當控制電路給予兩芯片置數(shù)端低電平（有效電平）時，能使其置為“24”。同時將清零端

16、接地。下圖為倒計時電路的具體電路3.2.3、控制電路 停止：我采用十位（高位）的借位輸出端作為停止電路的信號，當數(shù)碼管顯示為“00”，即十位（高位）輸出均為低電平時，此時其借位輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，將其與秒脈沖信號發(fā)生電路的輸出端通過一個與邏輯，再通到個位（低位）的down端，此方法截斷了秒脈沖信號，實現(xiàn)了停在“00”的功能。另外，當計數(shù)器正常計數(shù)時，十位（高位）借位輸出端始終保持高電平，當其與秒脈沖信號發(fā)生電路的輸出端通過一個與邏輯，再通到個位（低位）的down端，并不影響秒脈沖的輸入。 置數(shù)：利用一個開關(guān)，及一個與非門，與非門一端接高電平，另一端通過一個1k電阻再接高電平，同時接開關(guān)一段

17、，開關(guān)另一端接地。與非門輸出端與兩塊74LS192的置數(shù)端LOAD相連。如圖當開關(guān)J2斷開時，置數(shù)端為“1”，置數(shù)端無效，能正常計數(shù)，當開關(guān)SW3閉合時，置數(shù)端為“0”，置數(shù)端有效，能置為“24”。3.2.4、報警電路當電路顯示為“00”時，利用十位（高位）的借位輸出端為“0”加上一個非門實現(xiàn)發(fā)光二極管的工作。如圖3.3、總電路圖由555定時器輸出秒脈沖與十位（高位）的借位輸出端經(jīng)過一個與邏輯輸入到計數(shù)器U2的down端，作為減計數(shù)脈沖。當計數(shù)器計數(shù)計到0時，U2的(13)腳輸出借位脈沖使十位計數(shù)器U1開始計數(shù)。當計數(shù)器計數(shù)到“00”時，U1的(13)腳輸出借位脈沖輸出一個低電平，與555定時

18、器輸出秒脈沖通過一個與門，從而截斷秒脈沖，使其停在“00”，同時，報警電路工作，發(fā)光二極管亮，蜂鳴器響。當SW3斷開時，U1、U2置數(shù)端有效，實現(xiàn)復(fù)位功能，再將SW3閉合時，U1、U2置數(shù)端無效，開始正常計數(shù)。在計數(shù)過程中，SW4閉合時，使555定時器輸出端輸出信號通過與門U?截斷秒信號，從而實現(xiàn)暫停功能，當SW4斷開時，又開始正常計數(shù)。3、 仿真過程與仿真結(jié)果利用protues電路仿真軟件，連好電路，進行仿真。仿真結(jié)果符合實驗要求。倒計時置0滅燈元器件清單NE5551個電容10uF1個74LS482個固定電阻1k4個74LS1922個固定電阻10k1個74LS001個開關(guān)3個可調(diào)電阻62K1個74LS041個固定電阻20K1個發(fā)光二極管1個電容0.1uF1個LED數(shù)碼顯示管2個與門2個設(shè)計總結(jié)課程設(shè)計是