籃球24秒計時器(數(shù)電)

1、 目錄摘 要1第1章 緒論21.1 畢業(yè)設計背景21.2 設計任務及要求21.2.1 設計任務21.2.2 基本要求及目標2第2章 電路框圖及工作原理32.1 設計方案32.2 電路框圖3第3章 單元電路的設計53.1 24進制計數(shù)器的設計53.2 數(shù)碼顯示電路的設計73.3 秒脈沖的設計93.4 控制開關電路的設計103.5 報警電路的設計113.6 整機工作原理11第4章 電路仿真13結 論17參考文獻18附錄1 籃球競賽24秒計時器總電路原理圖19附錄2 元器件清單20I摘 要 隨著電子技術的飛速發(fā)展，社會步入了信息時代，人們的生活水平在逐步提高，因而對電子產(chǎn)品提出了更高的要求?；@球競賽

2、24秒計時器可用于籃球比賽中對球員持球時間24秒限制。不僅能進行時間追蹤，還具有直接清零、啟動、暫停、連續(xù)以及光電報警功能，同時采用七段數(shù)碼管來顯示時間，可以方便的實現(xiàn)斷點計時功能，當計時器遞減到零時，會發(fā)出報警信號。在社會生活中也具有廣泛的應用價值。計時器主要是由計時電路、控制電路、以及譯碼顯示電路3個部分組成。電路結構簡單，功能方便、快捷。 關鍵字 計時器；光電報警；七段數(shù)碼管；電路第1章 緒論1.1 設計意義 隨著信息時代的到來，電子技術在社會生活中發(fā)揮這越來越重要的作用，運用模電和數(shù)電知識設計的電子產(chǎn)品成為社會生活中不可缺少的一部分，特別是在各種競技運動中，定時器成為檢驗運動員成績的一

3、個重要工具。例如，在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過24秒，否則就犯規(guī)了。此次設計的“籃球競賽24秒計時器”就可用于籃球比賽中，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，它就自動報警從而判定此球員的犯規(guī)。1.2 設計任務及要求1.2.1 設計任務1.顯示24秒計時功能。2.設置外部操作開關控制計時器直接清零、啟動、暫停/連續(xù)功能。3.計時器為24秒遞減計時器，其計時間隔為1秒。4.遞減計時到零時，顯示器不能滅燈，同時發(fā)出光電報警信號。1.2.2 基本要求及目標1.根據(jù)原理圖分析各單元電路的功能；2.熟悉電路中所用到的各集成塊的管腳及其功能；3.寫出完整、詳細的設計報

4、告。第2章 電路框圖及工作原理2.1 設計方案方案一：采用計數(shù)器74LS192作為核心部分。同時選擇74LS48作為BCD碼譯碼器來對7段數(shù)碼顯示管進行譯碼驅動，兩個七段數(shù)碼顯示管進行顯示。采用555計時器制成的多諧振蕩器，進行秒脈沖的輸入。因為我們需要對其進行暫停、清零、報警等控制，所以我們使用了兩個開關來控制計數(shù)器的各功能的實現(xiàn)，從而實現(xiàn)各種功能。方案二：采用單片機AT89S51作為核心部分，編寫程序。用74LS48和7段數(shù)碼顯示管組成顯示電路。采用三個開關控制啟動、暫停、清零、報警從而實現(xiàn)各種功能。在兩個方案中，單片機價格比較貴，編寫程序繁瑣，原理說明性不夠強，所以在本次設計采用方案一。

5、2.2 電路框圖24秒倒計時計時器的方案框圖如圖2-1所示。它是由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和控制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，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)功能，譯碼顯示電路完成數(shù)字顯示功能，報警電路產(chǎn)生光電報警功能。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生時鐘脈沖信號，這個信號作為電路的定時標準，其電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩其構成。控制電路計數(shù)器報警電路譯碼顯示秒脈沖發(fā)生器圖2-1 24秒計時器系統(tǒng)設計框圖控制電路手動置數(shù)計數(shù)器，譯碼顯示電路出現(xiàn)顯示，秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生秒脈沖刺激計數(shù)器遞減，隨

6、之譯碼顯示電路遞減。暫停/連續(xù)時，控制電路控制秒脈沖發(fā)生器暫停/連續(xù)秒脈沖，隨之計數(shù)器和譯碼顯示停止/連續(xù)工作。譯碼顯示為零時觸發(fā)報警電路產(chǎn)生報警。第3章 單元電路的設計3.1 24進制計數(shù)器的設計計數(shù)器選用集成電路74LS192進行設計較為簡便，74LS192是十進制可編程同步加法計數(shù)器，它采用8421碼十進制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加減計數(shù)功能。圖3-1是74LS192引腳排列。圖中CU、CD分別是加計數(shù)、減計數(shù)的時鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。PL是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效），TCU和TCD是進位、借位輸出端（低電平有效），MR是異步清零端，P3-P0是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q3-Q0

7、是輸出端。圖3-1 74LS192的引腳排列74LS192的功能表見表3-1所示。表 3-1 74LS192功能表輸入輸出MRCUCDP0P1P2P3Q0Q1Q2Q31×××××××000000××abcdabcd011××××加計數(shù)011××××減計數(shù)當PL=1，MR=0時，若時鐘脈沖加到端CU，且CD =1則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上完成加計數(shù)功能，當加計數(shù)到9時，TCU端發(fā)出進位下跳變脈沖；若時鐘脈沖加到CD端，且CU=1，

8、則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上完成減計數(shù)功能，當減計數(shù)到0時，TCD 端發(fā)出借位下跳變脈沖。由74LS192構成的二十四進制遞減計數(shù)器如下圖3-2所示。圖3-2 8421BCD二十四遞減計數(shù)器其預置數(shù)為N=（00100100）= (24)10。在CD端的輸入時鐘脈沖作用下，開始遞減。只有當?shù)臀?TCD 端發(fā)出借位脈沖時 , 高位計數(shù)器才作減計數(shù)。當高、低位計數(shù)器處于全零 , 完成一個計數(shù)周期，然后手動置數(shù)PL=0, 計數(shù)器完成置數(shù) ,再次進入下一循環(huán)減計數(shù)。3.2 數(shù)碼顯示電路的設計根據(jù)設計的要求采用74LS48譯碼器來驅動共陰極數(shù)碼顯示管。74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管驅動器，常用在各種數(shù)

9、字電路和系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。74LS48和共陰極七段LED顯示器如圖3-3連接。這樣連接74LS48可直接驅動共陰極LED數(shù)碼管而不需像CC4511外接限流電阻。圖3-3 顯示電路74LS48輸入信號為BCD碼，輸出端為a、b、c、d、e、f、g共7線，另有3條控制線。為測試端，低電平有效，當=0時，無論輸入端A、B、C、D為何值，ag輸出全為高電平，使7段顯示器件顯示“8”字型，此功能用于測試器件。為滅零輸入端,低電平有效。在=1， =0，且譯碼輸入為0時，該位輸出不顯示，即0字被熄滅。但當譯碼輸入不全為0時，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。BIRBI是一個特殊的端口，有時作用于輸入，有時

10、作用于輸出，在這里不多做介紹。74LS48功能表見表3-2。輸入輸出字形數(shù)字A B C DBI/RBOa b c d e f g012345678911111111111XXXXXXXXX0 0 0 01 0 0 00 1 0 01 1 0 00 0 1 01 0 1 00 1 1 01 1 1 00 0 0 11 0 0 111111111111 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0

11、 1 10123456789消隱脈沖消隱燈測試X10X0XXXXX0 0 0 0XXXX0010 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 18表3-2 74LS48的功能表七短數(shù)碼管的引腳圖如圖3-4所示，在使用時要注意是共陽還是共陰，其中3腳和8腳相連為公共端，因為此次設計是使用的共陰極數(shù)碼管，所以在電路中接地，6腳為小數(shù)點引腳，在設計中沒要求不需要對其處理。圖3-4 七短數(shù)碼顯示管的引腳圖3.3 秒脈沖的設計根據(jù)設計要求，電路需要產(chǎn)生間隔為一秒的時間脈沖，完成正確的計數(shù)功能。所以選擇NE555定時器來設計此電路。從而產(chǎn)生標準的秒脈沖。NE555定時器是一種中

12、規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結構，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個適當?shù)淖枞菰?，就可以構成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、定時電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應用。引腳功能： TH：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端， CVO：控制電壓端，OUT：輸出端。DIS：放電端，RES：復位端。工作原理見表3-3表3-3 555定時器控制功能表輸 入輸 出THRESOUTDIS××LL導通<VCC<VCCHH截止<VCC>VC

13、CH不變不變>VCC×HL導通用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供脈沖，如圖3-5 所示。R2、R5和C1為外接定時元件，高、低電平觸發(fā)輸入端項鏈并接到定時電容C1上，R1和R2的節(jié)點與放電端相連，電壓控制端不用，通常接0.01uF電容C2。接通電源后，VCC通過R2、R5對C1充電，DIS上升。開始時DIS<VCC，即高電平觸發(fā)端TH<VCC，低電平觸發(fā)<VCC，定時器置位，放電管截止。隨后DIS越充越高，當DIS>VCC，高電平觸發(fā)端TH>VCC，低電平觸發(fā)端>VCC，定時器復位，放電管飽和導通，C1通過R5放電，DIS下降。當DI

14、S<VCC時，又回到高電平觸發(fā)端TH<VCC，定時器又置位，放電管截止，C1停止放電而重新充電。如此反復，形成振蕩波形提供脈沖。公式：Tw1=0.7 (R2 +R5) C1 Tw2=0.7R2 C1振蕩周期計算公式：T=0.7 (R2 +2R5) C11s圖 3-53.4 控制開關電路的設計在本次設計中需實現(xiàn)計數(shù)器的暫停、復位和啟動控制，為了簡單，我們只需用一個開關來控制啟動和復位功能。啟動復位開關和74192的11腳相連即可。在這里，主要介紹暫停/連續(xù)開關的設計，因為555產(chǎn)生秒脈沖全靠給C1充放電產(chǎn)生，所以只需中斷C1的充放電即可，所以在C1的另一端用一個開關控制接地，這就形成

15、了暫停/連續(xù)開關。3.5 報警電路的設計 根據(jù)設計要求，要產(chǎn)生光電報警，我們采用5個或門組成一個選擇電路，一個發(fā)光二極管產(chǎn)生光亮，一個蜂鳴器發(fā)出報警。如圖3-6所示圖 3-6或門OR1的輸入與高位74LS192的低兩位輸出端相連，OR2、OR3與低位74LS192輸出端相連。當輸出端全部為低電平時OR5的輸出才為低電平，此時導通發(fā)光二極管和蜂鳴器，產(chǎn)生光電報警信號。3.6 整機工作原理籃球競賽24秒計時器主要是由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報警電路組成?？刂齐娐分苯涌刂朴嫈?shù)器啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。由附錄1可見圖中有SW1和SW2兩個開關，SW1為

16、置數(shù)，SW2為暫停。SW1閉合，74LS192被置數(shù)，顯示電路出現(xiàn)數(shù)字24。完成置數(shù)后斷開SW1，啟動計時。若此時秒脈沖電路的SW2為斷開，則產(chǎn)生連續(xù)秒脈信號輸入到計數(shù)器，數(shù)碼管上的數(shù)字就會自動減1，閉合SW2，秒脈沖暫停，計數(shù)遞減暫停，斷開SW2又恢復計數(shù)遞減，這就實現(xiàn)了暫停/連續(xù)功能。在計數(shù)遞減的同時，74LS192的8個輸出端也隨之產(chǎn)生高低電平變化來控制報警電路5個或門的高低電平的變化。由附錄1可見，5個或門的排列必須當74LS192的8個輸出全為低電平時，換而言之，就是計數(shù)到零時，或門最后一個輸出的才是低電平，從而觸發(fā)發(fā)光二極管和蜂鳴器，產(chǎn)生亮光和警報聲，達到了光電報警的。第4章 電路

17、仿真本次設計采用的是protues軟件仿真，它是一種功能強大的電子設計自動化軟件，提供智能原理圖設計系統(tǒng)、SPICE模擬電路、數(shù)字電路及MCU器件混合仿真系統(tǒng)和PCB設計系統(tǒng)功能。其不僅可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)的電路分析實驗、模擬電子線路實驗、數(shù)字電路實驗等，而且可以仿真嵌入式系統(tǒng)的實驗。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件等。在編譯方面，它也支持Keil和MPLAB等多種編譯器?，F(xiàn)在我們用Proteus進行仿真，仿真結果如下1.計時預備階段如圖4-1圖 4-1 計時預備階段閉合SW1，斷開SW2啟動仿真軟件，此時74L

18、S192開始工作，高位74LS192輸入0010，低位74LS192輸入0100，通過74LS48譯碼，數(shù)碼管顯示出了24秒的字樣，進入計時預備階段。2.計時階段如圖4-2圖 4-2 計時階段 斷開SW1進入計時階段，由555產(chǎn)生秒脈沖，從Q端傳送到低位74LS192的DN端。個位數(shù)碼管從4開始遞減，當個位遞減0時又通過低位74LS192的TCD端傳送到高位74LS192的DN端，十位的數(shù)字減1。如此周而復始的循環(huán)形成倒計時。3.暫停連續(xù)功能的實現(xiàn)如圖4-3圖 4-3 暫停/連續(xù)功能實現(xiàn)在計時階段中，由SW2來控制暫停/連續(xù),閉合SW2，555秒脈沖暫停，低位74LS192停止工作，數(shù)碼管遞減

19、停止，反之又閉合SW2,555秒脈沖繼續(xù)進行，低位74LS192繼續(xù)工作，數(shù)碼管重新開始遞減，又進入計時。4.電路報警如圖4-4圖 4-4 電路報警計數(shù)到零時高位和低位74LS192的八個輸出端為低電平，傳輸?shù)交蜷T組成的選擇電路。因為全部為低電平所以或門的最后輸出為低電平，于是LED燈、蜂鳴器導通，產(chǎn)生光電報警信號。結 論本設計主要通過電路板塊的思想，逐步實現(xiàn)設計所需達到的功能要求；時鐘模塊為減計數(shù)提供一個頻率為1HZ的脈沖信號，從而實現(xiàn)計數(shù)器計數(shù)間隔為1秒鐘；計數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達到能顯示減計數(shù)功能；報警模塊是為了實現(xiàn)當減計數(shù)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

20、、置數(shù)、暫停/連續(xù)功能，其中啟動、置數(shù)由SW1開關來完成，通過SW2開關從而實現(xiàn)斷定計時功能。至此，本設計完成所有任務及要求。 結束語此次畢業(yè)設計讓我獲益匪淺，使我嘗到了將所學的知識用于實踐的喜悅和成就感。我將課本理論知識與實際應用聯(lián)系起來，按照書本上的知識和老師講授的方法，首先分析研究此次畢業(yè)設計的任務和要求，然后分析選出方案做出設計，再進一步完善設計。在其中遇到一些不解和疑惑的問題時首先自己分析，再認真向老師詢問請教，和老師一起探討解決，最終完成了此次設計。此設計制作的籃球競賽24秒計時器是一個實用性設計。設計的成功不僅為所學的專業(yè)課程打下了堅實的基礎，提高了我們對分析與解決問題的能力，也在研究與電子