籃球24秒為例計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

1、鄭州科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目 籃球24秒計(jì)數(shù)器 學(xué)生姓名 * 專業(yè)班級 學(xué) 號 院 （系） 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 201*年*月*日目 錄1 課程設(shè)計(jì)的目的12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求13 設(shè)計(jì)方案與論證24 設(shè)計(jì)原理及功能說明25 單元電路的設(shè)計(jì)3 5.1 各芯片的用法和功能3 5.1.1 74LS483 5.1.2 555定時(shí)器4 5.1.3 74LS1925 5.2 單元模塊6 5.2.1 信號發(fā)生部分6 5.2.2 倒計(jì)時(shí)部分7 5.2.3 停止控制電路8 5.2.4 警報(bào)提示裝置96 硬件的制作與調(diào)試107 總結(jié)10參考文獻(xiàn)12附錄1：總體電路原理圖13附錄2：元

2、器件清單141 課程設(shè)計(jì)的目的本課程設(shè)計(jì)的目的是籃球競賽24秒計(jì)時(shí)器。此計(jì)時(shí)器功能齊全，可以直接清零、啟動、暫停和連續(xù)以及具有光電報(bào)警功能，同時(shí)應(yīng)用了七段數(shù)碼管來顯示時(shí)間。此計(jì)時(shí)器有了啟動、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)計(jì)時(shí)功能，當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，會發(fā)出光電報(bào)警信號。本設(shè)計(jì)完成的中途計(jì)時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)了在許多的特定場合進(jìn)行時(shí)間追蹤的功能，在社會生活中也具有廣泛的實(shí)用價(jià)值?；@球競賽記時(shí)系統(tǒng)的主要功能包括：進(jìn)攻方24秒倒計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)結(jié)束警報(bào)提示。攻方24秒倒計(jì)時(shí)，當(dāng)比賽準(zhǔn)備開始時(shí)，屏幕上顯示24秒字樣，當(dāng)比賽開始后，倒計(jì)時(shí)從24逐秒倒數(shù)到00。這一模塊主要是利用雙向計(jì)數(shù)器74LS192來實(shí)現(xiàn)；警報(bào)

3、提示：當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)到零時(shí)，給出提示音。這部分電路主要通過移位寄存器和一些門電路來實(shí)現(xiàn)。2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)制作一個(gè)籃球競賽計(jì)時(shí)系統(tǒng)，具有進(jìn)攻方24秒倒計(jì)時(shí)功能，具體設(shè)計(jì)要求如下：1、具有顯示24s倒計(jì)時(shí)功能：用兩個(gè)共陰數(shù)碼管顯示，其計(jì)時(shí)間隔為1s。2、分別設(shè)置啟動鍵和暫停/繼續(xù)鍵，控制兩個(gè)計(jì)時(shí)器的直接啟動計(jì)數(shù)，暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)功能。3、設(shè)置復(fù)位鍵：按復(fù)位鍵可隨時(shí)返回初始狀態(tài)，即進(jìn)攻方計(jì)時(shí)器返回到24s。4、計(jì)時(shí)器遞減計(jì)數(shù)到“00”時(shí)，計(jì)時(shí)器跳回“24”停止工作，并給出聲音和發(fā)光提示，即直流振蕩器發(fā)出聲響和發(fā)光二極管發(fā)光。3 設(shè)計(jì)方案與論證此計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下3個(gè)組成

4、，即計(jì)時(shí)模塊、控制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計(jì)此計(jì)時(shí)器時(shí)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)起來更加簡單、方便、快捷。此電路是一時(shí)鐘產(chǎn)生，觸發(fā)，倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，譯碼顯示、報(bào)警為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造主體電路和輔助電路兩個(gè)部分。4 設(shè)計(jì)原理及功能說明24秒計(jì)時(shí)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(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助時(shí)序控制電路（簡稱控制電路）等五個(gè)模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成24秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時(shí)時(shí)間到報(bào)警等功能。 秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時(shí)鐘脈

5、沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計(jì)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(bào)警電路在實(shí)驗(yàn)中可用發(fā)光二極管和鳴蜂器代替。                主體電路： 24秒倒計(jì)時(shí)。24秒計(jì)數(shù)芯片的置數(shù)端清零端共用一個(gè)開關(guān)，比賽開始后，24秒的置數(shù)端無效，24秒的倒數(shù)計(jì)時(shí)器的倒數(shù)計(jì)時(shí)器開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，逐秒倒計(jì)到零。選取“00”這個(gè)狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截?cái)嘈?/p>

6、號，讓該信號與時(shí)鐘脈沖在與門中將時(shí)鐘截?cái)啵褂?jì)時(shí)器在計(jì)數(shù)到零時(shí)停住。十位顯示個(gè)位顯示譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動控制電路計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器報(bào)警電路秒脈沖發(fā)生器圖4-1 倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)總體框圖總體電路說明：倒計(jì)時(shí)功能主要是利用192計(jì)數(shù)芯片來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)利用反饋和置數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(jì)時(shí)器到零時(shí)，通過停止控制電路使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并發(fā)出蜂鳴警報(bào)。5 單元電路的設(shè)計(jì)5.1 各芯片的用法和功能5.1.1 74LS4874LS48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。端為測試端。在端接高電平的條件下，當(dāng)時(shí)，無論輸入端A、B、C、D為何值，a

7、g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。端為滅零輸入端。在，條件下，當(dāng)輸入A、B、C、D=0000時(shí)，輸出ag全為低電平，可使共陰LED顯示器熄滅。但當(dāng)輸入A、B、C、D不全為零時(shí)，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。RBO端為消隱輸入端。該輸入端具有最高級別的控制權(quán)，當(dāng)該端為低電平時(shí)，不管其他輸入端為何值，輸出端ag均為低電平，這可使共陰顯示器熄滅。另外，該端還有第二功能滅零信號輸出端。當(dāng)該位輸入的A、B、C、D=0000時(shí)，此時(shí)輸出低電平；若該位輸入的A、B、C、D不等于零，則輸出高電平。若將與配合使用，很容易實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示時(shí)的滅零控制。5.1.2 555定時(shí)

8、器555定時(shí)器應(yīng)用為多諧振蕩電路時(shí)，當(dāng)電源接通Vcc通過電阻R1.R2向電容C充電，其上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)u上升至2/3Vcc，會使比較器C1輸出翻轉(zhuǎn)，輸出電壓為零，同時(shí)放電管T導(dǎo)通，電容C通過R2放電；當(dāng)電容電壓下降到1/3Vcc，比較器C2工作輸出電壓變?yōu)楦唠娖?，C放電終止，Vcc通過R1。R2又開始充電；周而復(fù)始，形成振蕩。則其振蕩周期與充放電時(shí)間有關(guān)，也就是與外接元件有關(guān)，不受電源電壓變化影響。輸出波形的振蕩周期可用過渡過程公式計(jì)算： （公式5-1） （公式5-2） （公式5-3）當(dāng)時(shí)， 把代入三要素方程。于是可解出: （公式5-4） （公式5-5） （公式5-6）當(dāng)時(shí)，代入公式,

9、于是可解出：振蕩周期T于是為了產(chǎn)生周期為1秒的脈沖，可以使、5.1.3 74LS19274LS192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具有“異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進(jìn)位和借位輸出端。當(dāng)需要進(jìn)行多級擴(kuò)展連接時(shí)，只要將前級的端接到下一級的CP+端，端接到下一級的CP-端即可。表 5-1 74192功能表： 操作×××1清零××00置數(shù)110加計(jì)數(shù)110減計(jì)數(shù)1110保持5.2 單元模塊5.2.1 信號發(fā)生部分秒脈沖的產(chǎn)生由555定時(shí)器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所示。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，555定時(shí)器產(chǎn)生周期為1s的脈沖；當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電路不能輸出信號，

10、于是沒有脈沖輸入74LS192中，故74LS192在保持狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)暫停功能。如圖5-1： 圖5-1 信號發(fā)生電路5.2.2 倒計(jì)時(shí)部分24秒倒計(jì)時(shí)電路。這部分電路的主體部分在時(shí)鐘脈沖的輸入情況下工作，下面進(jìn)行具體分析。計(jì)數(shù)器的倒計(jì)時(shí)功能。用兩片74LS192分別做個(gè)位（低位）和十位（高位）的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開始時(shí)的“24”倒計(jì)到“00”然后停止，所以，這里的高位不需要做成六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。因?yàn)轭A(yù)置的數(shù)不是“00”，所以我選用置數(shù)端LOAD來進(jìn)行預(yù)置數(shù)。時(shí)鐘脈沖分別通過兩個(gè)與門才再輸進(jìn)個(gè)位（低位）的down端，當(dāng)停止控制電路送來停止信號時(shí)，截?cái)鄷r(shí)鐘脈沖，從而實(shí)現(xiàn)電路的停止功能。

11、低位的借位輸出信號用作高位的時(shí)鐘脈沖。兩片計(jì)數(shù)器具體接法。Vcc、UP接+5V電源，GND接地；時(shí)鐘脈沖從與門輸出后接到低位的down，然后從低位BO接到高位的down；輸入端低位C、高位B接電源，其他引腳和CLR都接地。LOAD接到開關(guān)C的活動端，C 的另外兩引腳分別接G的活動端和地。而G的另外兩個(gè)引腳分別接到電源和地。 圖5-2 24秒倒計(jì)時(shí)電路5.2.3 停止控制電路倒數(shù)計(jì)數(shù)器到零時(shí)，需要將電路轉(zhuǎn)換到“24”并且停住?，F(xiàn)在選取計(jì)數(shù)器到零的狀態(tài)24秒計(jì)到“00”，從各引腳引出線接到二腳與非門，當(dāng)計(jì)數(shù)器從“00”狀態(tài)轉(zhuǎn)換到“99”時(shí)，用與非門把該狀態(tài)轉(zhuǎn)換成低電平（其余時(shí)間為高電平）控制。使電

12、路轉(zhuǎn)換到“24”。由于數(shù)字99是在很短的時(shí)間才能看到，用肉眼是看不到的，于是能實(shí)現(xiàn)從“00” 到“24”的轉(zhuǎn)換。再通過與非門所組成的觸發(fā)器的輸出端輸出低電平，使74LS192處于保持狀態(tài)。這樣就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換并停止的電路。如圖5-3所示：圖5-3 停止控制電路5.2.4 警報(bào)提示裝置警報(bào)提示就是完成任一計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)給出連續(xù)的提示音。當(dāng)電路由“00” 到“24”時(shí)，下面一個(gè)與非門輸出低電平，而鳴蜂器的和LED1的正極已經(jīng)接了高電平，故這時(shí)由于兩端存在電壓差，所以鳴蜂器和LED1均能正常工作。從而發(fā)出報(bào)警信號。圖5-4 警報(bào)提示電路6 硬件的制作與調(diào)試1、按照萬能板的規(guī)格，設(shè)定好各集成芯片的

13、排放位置、測試各芯片是否與面板接觸良好。2、用異步可逆雙時(shí)鐘BCD計(jì)數(shù)器74LS192及相關(guān)門實(shí)現(xiàn)定時(shí)倒計(jì)時(shí)電路。3、當(dāng)檢測出問題后分析其原因，是元器件本身原因還是接線錯(cuò)誤，更換元件或重新正確接線，保證電路的正確運(yùn)行。4、整體綜合連接，測試整體性能。7 總結(jié)在這個(gè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了學(xué)習(xí)理論時(shí)學(xué)不到的東西，不但鍛煉我的動手能力而且鞏固我們所學(xué)的理論知識，這樣實(shí)踐與理論相結(jié)合就可以更快而有效地掌握知識。本次的設(shè)計(jì)使我從中學(xué)到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學(xué)到的知識運(yùn)用到我以后的工作中去。在大學(xué)的課堂的學(xué)習(xí)只是在給我們灌輸專業(yè)知識，而我們應(yīng)把所學(xué)的用到我們現(xiàn)實(shí)的生活中去，

14、此次的課程設(shè)計(jì)給我奠定了一個(gè)實(shí)踐基礎(chǔ)，我會在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己，使自己適應(yīng)于以后的競爭，同時(shí)在查找資料的過程中我也學(xué)到了許多新的知識。無論是在選擇課題，還是選材、進(jìn)行焊接，包括仿真調(diào)試，能讓我感覺到我所學(xué)的知識有哪些用處，讓我有種不一樣的感受。還有在和同學(xué)協(xié)作過程中，我們團(tuán)結(jié)合作，互幫互助，不僅增進(jìn)同學(xué)間的友誼，而且使我對團(tuán)隊(duì)精神的積極性和重要性有了更加充分的理解。通過這次課題設(shè)計(jì)，提高了自己各方面的能力，例如對書本基礎(chǔ)知識的掌握程度，對資料的查找方法，對自己知識面的擴(kuò)展都有相應(yīng)的提高，更加的熟悉了各種元器件的使用方法與其用途。并且知道了細(xì)節(jié)的重要性，一點(diǎn)點(diǎn)小的疏忽都有可能造成整個(gè)電路的失敗，培養(yǎng)了我細(xì)心處事的能力，對于個(gè)人能力有很大的提高。同時(shí)，感謝老師對我的細(xì)心的指導(dǎo)，正是由于老師的細(xì)心的輔導(dǎo)和他提供給我們的參考資料，使得我的課程設(shè)計(jì)能夠順利的完成，同時(shí)在課程設(shè)計(jì)過程中，我們鞏固和學(xué)習(xí)了我們的電子技術(shù)知識。本次實(shí)訓(xùn)增強(qiáng)了我們查閱資料的方法技巧，更是大大的提高了我們自學(xué)的能力，同時(shí)也增強(qiáng)了我們的動手能力。相信這對我以后的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)將會有很大的幫助。參考文獻(xiàn)1閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.高等教育出版社,20062雷勇.電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)M.成都：四川大學(xué)出版社,20023王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)M.北京:高等教育出版社