籃球24秒倒計時設計

1、電子技術綜合課程設計課 程：電子技術綜合課程設計題 目：籃球比賽24秒計時電路所屬院（系）物理與電信工程學院專業(yè)班級 姓 名學號_指導老師完成地點 2015年10月10日任務書籃球比賽24秒計時電路設計一. 任務及耍求設計并制作一個籃球比賽24秒計時電路電路。要求如21. 電路具有24秒倒計時功能。2. 有兩個數碼管顯示計吋吋間，按預置（開始）按鈕，數碼管顯示定時 時間；再按開始按鈕，倒計時開始，計數到0時計數停止。3. 倒計時結束時，計數器停止計數，led燈亮表示進攻時間結束。4. 電路具有預置數功能，可以在24秒z內從任意時刻開始計數。5. 屯路具有報警功能，在24秒進攻時間結束吋報警。用

2、壓控陶瓷蜂鳴器 作為電聲元件。6. 自制本電路所用得直流電源和一秒信號源。二. 參考資料數字電了技術實驗任務書實驗四及實驗六屯子技術基礎課程設計資料目錄-xx. a 刖吞1整體電路設計1.1設計思路312基本原理313電路設計框圖32方案論證52.1方案一52. 2方案二52.3方案確定53模塊電路設計73.1信號源的設計732電源電路設計83. 3計時電路設計83. 4顯示電路設計935停止控制電路103. 6報警提示電路114仿真調試及實驗裝調114.1軟件簡介114.2軟件仿真124.3電路調試124.4結果分析13結15參考文獻：14附錄一：電路仿真圖16附錄二:元器件清單17附錄三：

3、器件管腳與功能說明1719附錄四：實物圖-ix. 1冃|j r在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時i'可不能超過二十四秒，否則就犯規(guī)了。本課程設計 的“籃球競賽二十四秒計時器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間二十四秒限制。 一旦球員的持球時間超過了二十四秒，它自動的報警從而判定此球員的犯規(guī)籃球的24秒計時器只是計時器的-種。在?；钪校覀兘洺匆姼鞣N計時器，例如, 在十字路口的紅綠燈上我們會看到一個34秒計吋器；我們經常看到的電子表也是計數器的 一種；在體育課上老帥用的秒表也是一種計時器。計時器給我們的生活帶來了很大的方便, 可以說我們的生活離不開計數器。本課程設計是脈沖數字電路的

4、簡單應用，設計了籃球競賽24秒計時器。此計吋器功能 齊全，可以直接置數、啟動、暫停和連續(xù)以及具冇光電報警功能，同時應用了七段數碼管來 顯示時間。此計時器有了啟動、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實現(xiàn)斷點計時功能，當計時器 遞減到零時，會發(fā)出光電報警信號。本設計完成的小途計時功能，實現(xiàn)了在許多的特定場合 進行時間追蹤的功能，在社會生活中也具冇廣泛的實用價值。通過本次課程設計，可以了解計時器的組成和原理以及許多應用，為設計更復雜的計時 器打好基礎。同時通過本次課程設計也能提高學生的設計電路，排查故障，思考問題等多種 能力。1整體電路設計1.1設計思路本課程設計是脈沖數字電路的簡單應用，設計了籃球競賽24

5、秒計時器。此計時器功能齊 全，可以直接清零、啟動、暫停和連續(xù)以及具冇光電報警功能，同時應用了七段數碼管來顯 示時間。此計時器有了啟動、愆停和連續(xù)功能，可以方便地實現(xiàn)斷點計時功能，當計時器遞 減到零時，會發(fā)出光電報警信號。本設計完成的中途計吋功能，實現(xiàn)了在許多的特定場合進 行時間追蹤的功能，在社會生活中也具冇廣泛的實用價值?；@球競賽記時系統(tǒng)的主要功能包括：進攻方24秒倒計時和計時結束警報提示。攻方24 秒倒計時，當比賽準備開始吋，屏幕上顯示24秒字樣，當比賽開始后，倒計時從24逐秒倒 數到00。這一模塊主要是利用雙向計數器74ls192來實現(xiàn)；警報提示：當計數器計時到零 時，給出提示音。這部分電

6、路主要通過移位寄存器和一些門電路來實現(xiàn)。此計時器的設計采用模塊化結構，主要由以下3個組成，即計時模塊、控制模塊、以及 譯碼顯示模塊。在設計此計時器時，采用模塊化的設計思想，使設計起來更加簡單、方便、 快捷。此電路是一時鐘產住，觸發(fā)，倒計時計數，譯碼顯示、報警為主要功能，在此結構的 基礎上，構造主體電路和輔助電路兩個部分。1.2基本原理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)牛器、計數器、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。其小計數器和控制 電路是系統(tǒng)的主要模塊。計數器完成24秒計時功能，而控制電路完成計數器的直接清零、 啟動計數、材停/連續(xù)

7、計數、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。秒脈沖發(fā)生器產生的信號是電路的吋鐘脈沖和定吋標準，但本設計對此信號耍求并不太 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 管和鳴蜂器代替。主體電路：24秒倒計時。24秒計數芯片的置數端清零端共用一個開關，比賽開始后， 24秒的置數端無效，24秒的倒數計時器的倒數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在與門小將時鐘 截斷，使計時器在計數到零時停住。1.3電路設計框圖

8、倒計時功能主要是利用192計數芯片來實現(xiàn)，同時利用反饋和置數實現(xiàn)進制的轉換，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 數器停止計數并發(fā)出蜂鳴警報。整體電路設計如圖1.3 1所示:圖1.3-1電路整體設計圖2方案論證2. 1方案一該電路需要一個秒脈沖發(fā)生器，可用555芯片和電阻、電容構成一個多諧振蕩器，通過 調節(jié)電阻電容的值口j產生1hz的時鐘脈沖。用兩片74ls192芯片構成一個24秒計時器,其中一片的4個輸入端中,do、d2和d3 端接低電平，d1端接高電平，輸出端接七段數碼悖作為高位顯示，芯片2的4個輸入端中, do、d1和d3接低電平，d2接高

9、電平，遞增計數脈沖輸入端接高電平，輸出端接七段數碼管 作為低位顯示。因為74ls192本身具有清零端和置數端，則可各用一個開關來實現(xiàn)清零和啟 動功能。耍使計時器計時到零時保持不變，可在輸出端反饋一個信號到輸入端來實現(xiàn)保持功能。 選収“00”這個狀態(tài)，通過3個或非門、一個3輸入與非門，從而得到一個低電平信號，該 信號與脈沖信號通過一個2輸入與非門而接到74ls192的遞減計數脈沖信號輸入端，可使計 時器在計數到零時停住。當在74ls192的dn端輸入脈沖信號后nj進行減計數，則通過一個 開關控制是否截斷脈沖信號就可以實現(xiàn)暫停/連續(xù)功能。報警電路在實驗中町用發(fā)光二極管和鳴蜂器代替。在計數過程中，發(fā)

10、光二極管兩端都是 高電平，所以二極管截止，不發(fā)光；當計數器減到“00”是，二極管左邊是低電平，右邊是 高電平，所以二極管導通，從而發(fā)光。2. 2方案二設計思路：24秒計時器，按設計要求，最大計數值為24秒，那么就需耍兩個數碼管。 要求計數間隔為1秒，那么我們需耍相應頻率的脈沖信號發(fā)生器，脈沖是由555定時器構成 的多諧振蕩器產牛的1iiz的脈沖；計數部分是川74ls192及邏輯電路構成24秒的計時功能; 利用jk觸發(fā)器和邏輯電路構成控制電路；譯碼顯示部分用74ls47譯碼器來進行譯碼，然后 通過七段數碼顯示管來控制顯示部分；報警電路部分由74ls160及邏輯電路構成；電源部分 將220v、50

11、1iz的交流電壓轉換成5v的直流電壓即可。2. 3方案確定方案一與方案二的實驗原理基本相同，都采用了 555集成電路組成的多諧振蕩器來產生 周期為is的脈沖，用兩片74ls192芯片作為主體部分來實現(xiàn)24秒倒計時計算，置數和啟動 的方法相同。不同的是反饋電路部分和何停/連續(xù)功能部分。方案一屮的反饋電路部分的反饋信號采 自兩個74ls192芯片的輸出端，采用了 3個或非門、一個3輸入為非門，從而得到一個低電 平信號，該信號與脈沖信號通過一個2輸入與非門而接到74ls192的遞減計數脈沖信號輸入 端，可使計時器在計數到零時停住。而方案二是利用74ls192芯片的借位輸出端輸出低電平 信號，讓該信號

12、與時鐘脈沖在與非門中將吋鐘截斷，從而使減計數停止。暫停/連續(xù)功能， 方案一是通過一個單刀雙擲開關控制在遞減計數脈沖信號輸入高電平信號或端輸入脈沖信 號，從而實現(xiàn)計數器的暫停/連續(xù)功能；方案二是利用jk觸發(fā)器和邏輯電路構成控制脈沖信 號相當于被截斷，實現(xiàn)暫停功能，當脈沖信號和高電平相與非，脈沖信號沒有被截止，進行 減計數。比較方案一和方案二，方案二優(yōu)于方案一，主要體現(xiàn)在反饋冋路上，方案一需要3個或 非門、一個3輸入與非門和一個2輸入與非門才能使減計數到“00”后保持不變；而方案二 使用一個與非門和就能實現(xiàn)。3模塊電路設計3.1信號源的設計555定時器應用為多諧振蕩電路時，當電源接通vcc通過電阻

13、r2.r3向電容c充電，其 上電壓按指數規(guī)律上升，當u上升至2/3vcc,會使比較器g輸出翻轉，輸出電壓為零，同 時放電管t導通，電容c通過&放電；當電容電壓下降到l/3vcc,比較器c2工作輸岀電壓 變?yōu)楦唠娖?，c放電終止，vcc通過rw r2乂開始充電；周而復始，形成振蕩。則其振蕩周 期與充放電時間有關，也就是與外接元件有關，不受電源電壓變化影響。根據公式：tw2 = °7肚t = tw + tw2r3 = 20k1 r2 = 62m c2 = 10/f電源為5v,則q端輸出1hz的時鐘脈沖555定時器如圖3.1-1所示：圖3. 1-1多諧振蕩電路555定時器功能表3.1

14、 2所示:輸入輸出閾值輸入6觸發(fā)輸入2復位4輸出3放電管t 7xx00導通<2/3vcc<1/3vcc11截止>2/3vcc>1/3vcc10導通<2/3vcc>1/3vcc1不變不變表3. 1-2 555定時器功能表3.2電源電路設計單相交流電經過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉換成穩(wěn)定的直流電壓, 肓流電壓源的一般設計步驟如下：(1) 變壓器得到可用交流電；(2) 經過整流二極管對其整流；(3) 再用電容對其濾波；(4) 最后用7805穩(wěn)壓系列対其進行穩(wěn)壓。電源電路圖如圖3. 2-1所示：| | | | | | | | | | | | | |

15、| | | | | |1 i i i i i i i i i i m5! i i i i i i i i i i 1+7805<tbxt>tran-2p3s圖3. 2-1電源電路3. 3計時電路設計計時電路主要由兩片74ls192組成。其中高位片74ls192的4個輸入端中,do、d2和d3端接低電平，d1端接高電平，輸出端接七段數碼管作為高位顯示，低位片2的4個輸入 端小，do、d1和d3接低電平，d2接高電平，輸出端接七段數碼管作為低位顯示。通過控制 輸入低電平或高電平，從而實現(xiàn)置數和啟動功能。74ls192的計數是通過計數脈沖來控制的，通過555構成的多諧振蕩器產生1hz的方

16、波 來進行計數工作。預登數通過控制74ls192的直數端來實現(xiàn)，要置數時只要pl端接低電平 就行了。在進行24秒計時時，清零端、置數端和遞增計數脈沖輸入端接高電平，低位74ls192 芯片的遞減計數脈沖輸入端接時鐘脈沖，借位輸出端接高位74ls192芯片的遞減計數脈沖輸 入端。計時電路電路圖如圖3. 3-1所示:34顯示電路設計bcd碼七段譯碼驅動器型號有74ls47 （共陽）74ls48 （共陰）、74ls48 （共陰）等，本 設計采用的是74ls47o74ls47引腳排列圖。其中ad為bcd碼輸入端;ag為譯碼輸出端,輸出“1”有效, 用來驅動led七段共陰數碼管；lt非為測試輸入端，lt

17、非=0時，譯碼輸出全為“1” ； bo 為消隱輸入端,b0=0,譯碼輸出端全為“0” ； le為鎖定端,le=1時譯碼器處于鎖定狀態(tài), 譯碼輸出端保持在le二0時的數值，le二0為正常譯碼。74ls47內冇上拉電阻，故只需要在輸出端與數碼管管腳端z間串入限流電阻即可工作。 譯碼器還有拒偽碼功能，當輸入碼超過1001時，輸出全為“0”，數碼管熄滅。74ls47功能表如表3. 4-1所示表3.4-174ls47功能表輸入輸出lebilidcbaabcdefg顯示xx0xxxx11111118011000011111100011000101100001011001011011012011001111

18、110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111118011100111100119led數碼管是目前最常用的數字顯示器，一個led數碼管可用來顯示一位（09）十進制 數和一個小數點。小型數碼管每段發(fā)光二極管的正向壓降隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙 色）的顏色不同略差別，通常約為22.5v,每個發(fā)光二極管的點亮電流在510ma之間。 led數碼管耍顯示bcd碼所表示的十進制數字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但耍 完成譯碼功能，還要有相當的駟動能力。共陰接法和共陽接法的區(qū)別在于它們公

19、共端的接法不一樣。共陽接法屮，數碼管的公 共端3和8都接vcc,而共陰接法中，3、8腳都接gnd。顯示電路電路如圖3.4-1所示：圖3. 4-1顯示電路3. 5停止控制電路倒數計數器到零時，需要將電路轉換到“00”并且停住?，F(xiàn)在選取計數器到零的狀態(tài)“00”, 從b0借位輸出端引出線接到二腳與非門，一端接b0,另一端接ne555的out端，與非門輸 出端接down,當計數器到達“00”狀態(tài),從b0端輸出低電平,經過與非門后鎖住從555多 諧振蕩器輸出的脈沖信號，沒有脈沖輸入down,從而停在“00”，因此能實現(xiàn)從“00”到 “24”的轉換。同吋單刀單置開關也可以控制74ls192的預置數和計數。

20、控制電路如圖3.5-1所示：圖3. 5-1控制電路圖3. 6報警提示電路警報提示就是完成任一計吋器計時結束時，系統(tǒng)給出連續(xù)的提示音。當電路山"01”到“00”吋，“b0”借位輸出端輸出低電平，經過與非門輸出為髙電 平，而蜂鳴器負極已經接地，故這時由于兩端存在電壓差，所以蜂鳴器能報警。同樣的此 吋led的正極己經接了髙電平，“b0”借位輸出端輸出低電平，故這吋山于兩端存在電壓差,所以led能止常工作。報警提示電路如圖3.6-1所示:55圖3.6-1報警提示電路4仿真調試及實驗裝調4.1軟件簡介proteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件。它

21、不僅具有其 它eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是f!前最好的仿真單片機及外 圍器件的工貝。雖然目而國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、 致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。具有4大功能模塊智能原理圖設計（isis）豐富的器件庫超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位 所需耍的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間； 支持總線結構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰；對輸出高質量圖紙。prospice混合仿真：基于工業(yè)標準spice3f5,實現(xiàn)數字/模擬電路的混合

22、仿真；超過27000個仿真器件：對以通過內部原型或使川廠家的sp1ce文件自行設計仿真器 件，labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導入第三方發(fā)布的仿真器件。獨特的單 片機協(xié)同仿真功能 支持主流的cpu類型：如arm7、8051/52、avr、pic10/12、pic16、pic18、 pic24、dspic33、hclk等。實用的pcb設計平臺,先進的自動布局/布線功能；支持器件 的口動/人工布局；支持無網格口動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使pcb設計 更為合理；完整的pcb設計功能；可以輸出多種格式文件。4. 2軟件仿真首先在protues中選好元器件，然后連好線，

23、檢查線路是否存在錯誤，如無，則進入了 調試的正式階段，啟動調試，觀察系統(tǒng)運行的狀況是否良好，然示觀察系統(tǒng)的效果是否達到 預期的要求，如無，則停止仿真，分析電路中存在的缺陷與錯誤，改正后再次啟動調試，然 后再次觀察仿真效果是否達到預期的效果，如此循環(huán)下公，直到得到滿意的仿真效果。仿真前須明白：在仿真軟件上能仿真出結果的設計電路并不代表在實際電路中能得到同 樣的結果；仿真不岀結果的電路也并不代表在實際電路屮得不出結果。仿真只是給我們提供 一個壞境去驗證一下口己的設計電路。4.3電路調試在木次的實踐教學實驗設計中，通過上網查找各種資料、討論，在笫二天晚上我們就最 終確立了一種比較簡單乂很完善的方案，

24、并繪制出了完整的電路圖。領収組件后，我們就開 始了我們的接線工作，在我們的共同努力下，只經過短短的三天時間我們就將基本電路完成。 但由于缺乏接線經驗，導致問題太多，數碼管顯示不完全。通電后，數碼管能夠計數，報警 燈也不能夠正常工作，但數碼管老是顯示不完全，而且開關根本就起不到作用。由于接線不 用短線，導致線路很亂，經過幾個小時的調試根木就起不到作用。因為電路接線問題很大，所以我們決定拆了垂連。這一次，我們采取短線連接。不過在 單元電路的完成過程中也出現(xiàn)了一些問題，在接線的時候冇時候會和其他的線混淆，導致拆 了好多線，也重連了很多。是這讓我們明白在接線過程中要絕對細心，頭腦要清楚，在接線 時耍數

25、清芯片的管腳，并正確接到別的芯片上對應的管腳上?；倦娐吠瓿珊螅l(fā)現(xiàn)數碼管 乂出現(xiàn)了亂碼，這次可把我們難到了，用萬能表和示波器檢測各部分電路的連接，最后發(fā)現(xiàn) 電路多了一根短線，最后乂檢查電路各個模塊的接線是否正常。各個模塊的工作都很正常 外部操作開關也都可以實現(xiàn)要求屮的啟動、暫停、清零、連續(xù)功能?；就瓿闪舜舜握n程設 計的任務。4. 4結果分析控制電路檢查 在電路全部連接完后，改變各開關的閉、合狀態(tài)，電路的啟動、連續(xù)、暫停等功能均 無法實現(xiàn)，說明控制電路的連線上存在問題。解決方法： 川示波器或力川表檢查各管腳的連接情況，看輸入輸出端是否連接正常，并把有問題 存在的部分重新接好； 檢查各管腳的連

26、線情況，看是否有連接錯誤的地方存在，并把有錯誤的地方修改正確; 丿ij示波器或力川表檢查74ls00的vcc端和vdd端的連接情況，觀察是否存在錯誤， 并把有錯誤的地方改正。(2) 顯示電路檢查當將顯示電路中的兩個數碼管接好后，接入直流電源，發(fā)現(xiàn)數碼管不亮，說明顯示電路 連接不正確。解決方法： 接入電源，用丿j用表檢查電路是否接線正常'，并把有問題的部分重新接好； 進一步檢查電源與地的接入是否接反； 若上述兩種情況都未出現(xiàn)則對照各芯片的管腳圖，檢查在連接過程中各管腳的連接是 否接錯。(3) 計時電路檢查將木課設中所選計數器74ls192與顯示電路相連，接入直流電源，川信號發(fā)生器給計數

27、器一個1秒的脈沖信號，觀察計數器的計數功能，發(fā)現(xiàn)數碼顯示是在從二i 四遞減至0的過 程中有數字顯示不完全現(xiàn)象，上述現(xiàn)象表明計數器置數和計數都正常，但接線上存在問題。 解決方法： 檢查兩片74ls192的數據輸出端所連的置數電路和預置電路，看是否有連線錯誤； 有萬用表或示波器檢查數碼管的管腳是否連接好； 川萬用表或示波器檢查兩片74ls48和74ls192電源的電源端電壓是否止常。(4) 555脈沖發(fā)生電路檢查我們將555的輸出端3接到示波器上觀察到的波形為一脈沖波，其頻率近似為一秒?；?木符合課程設計中所需秒脈沖信號的要求。(5) 報警電路檢查將秒信號接入計數電路，按下啟動電路，觀察計數為0時

28、發(fā)光二極管的工作情況，發(fā)現(xiàn) 當數碼顯示為00時，發(fā)光二極管發(fā)光，說明報警電路光電報警功能已經實現(xiàn)。小結本設計主要是通過模塊化設計的思想，逐步實現(xiàn)設計所需達到的功能耍求；首先由時鐘 模塊為減計數捉供一個頻率為111z的脈沖信號，從而實現(xiàn)計數器減計數時間為1s,而譯碼 器和顯示模塊主要是實現(xiàn)顯示減計數功能;報警模塊是為了實現(xiàn)當減計數減到零時發(fā)出光電 報警信號；控制模塊主要是為了實現(xiàn)計時器的啟動、預置數和暫停/連續(xù)功能。本次電子課程設計是理論與實踐相結合的最好形式。在課題的完成過程小要求制作者要 有堅實的理論基礎和很強的動手能力。在設計過程中，通過口主查找數據和其他資料，接觸 到了很多新鮮的東西。木次設計讓我們懂得了認真的垂要性。要想設計并制作一個完美實用的數字電路，確實 是一件不輕松的工作，不僅耍有較強的動手能力，還要有靈活應用芯片理論的功底，為此需 要閱讀人量關于這方面的書籍。在實際動手過程屮，連線是最為重要的，它能直接決定電路的成敗：元器件的替換，開 關的選擇，以及最后的調試與分析。具屮的每一個壞節(jié)都是至關重耍的。綜合來講，木次的課程設計從設計帶到連線都是我們學習知識的檢驗。通過親身體驗說 明有些在仿真軟件中能行的方案在實際操作電路屮并不一定能行。整個過程中，調試也是相當重耍的一部分。當電路不能得到止確的結果時，要知