籃球比賽計時器

1、太原科技大學(xué)課程設(shè)計報告電子技術(shù)課程設(shè)計籃球比賽計時器學(xué)院：太原科技大學(xué)電子信息學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣081502姓名：李昊軒學(xué)號：200815010207指導(dǎo)教師：閆曉梅時間：2010年12月-17 -一、設(shè)計任務(wù)與要求二、總體框圖三、器件選擇四、功能模塊五、總體設(shè)計電路圖六、實驗結(jié)果及分析七、心得體會八、參考文獻(xiàn)籃球比賽計時器的設(shè)計一、課程設(shè)計任務(wù)與要求1、任務(wù)：設(shè)計一個12分00秒籃球比賽倒計數(shù)定時器2、要求:1. 籃球比賽全場時間為48分鐘，共分為4節(jié)，每節(jié)12分鐘，要求開 機(jī)自動置節(jié)計數(shù)器為第“ 1”節(jié)，節(jié)計數(shù)器為“ 12分00秒”。2. 用數(shù)字顯示籃球比賽當(dāng)時節(jié)數(shù)及

2、每節(jié)時間的倒計時，計數(shù)器由分秒 計數(shù)器完成，秒計數(shù)器為模60,分計數(shù)器應(yīng)能計滿12分鐘。3. 能隨時用鈕子開關(guān)控制比賽的啟動/停止，啟動后開始比賽，停止期 間不計時，重新啟動后繼續(xù)計時。4. 每節(jié)比賽時間結(jié)束時，能以音響自動提示并暫停計時，同時節(jié)數(shù) 自動加1。5. 秒信號不必考慮時間精度，可利用實驗儀上所提供的連續(xù)脈沖（方 波）。、總體框圖本設(shè)計主要由四大模塊電路構(gòu)成：計數(shù)器、顯示器、音響電路、控制電 路。計數(shù)器功能是用兩個可預(yù)置數(shù)減法計數(shù)器組成，實現(xiàn)從 60秒遞減到0 秒，該計數(shù)器可以由兩塊 MSI計數(shù)器構(gòu)成，一塊十進(jìn)制，一塊六進(jìn)制，組合 起來就構(gòu)成六十進(jìn)制計數(shù)器，這里用的是兩片74LS19

3、2;分計數(shù)也是用兩片74LS192構(gòu)成的十二進(jìn)制減法計數(shù)器，實現(xiàn)從 12分遞減到00分；節(jié)計數(shù)是 用74LS192構(gòu)成的加法計數(shù)器，實現(xiàn)從第一節(jié)到第四節(jié)的計數(shù)。仿真和硬件操作中都可以直接接七段數(shù)碼顯示譯碼器。仿真和硬件操作中沒有音響，所以用發(fā)光二極管代替?？刂齐娐穼崿F(xiàn)的功能有啟動，暫停/連續(xù)，譯碼顯示電路的顯示，滅燈。 控制器隨著計數(shù)器計數(shù)的狀態(tài)發(fā)生改變，計時期間，用電器開關(guān)斷開，當(dāng)計 時完畢時，用電器開關(guān)閉合。圖1為計時器的總體參考方案框圖,圖1籃球比賽計時器的原理框圖計數(shù)器：對時鐘信號進(jìn)行記數(shù)并減位，秒和秒之間10進(jìn)制，秒和分之間60進(jìn) 制；即一個六十進(jìn)制減法器、一個十二進(jìn)制減法器、一個四

4、進(jìn)制加法的計數(shù)器。 顯示器：采用5片LED顯示器把各位的數(shù)值顯示出來，是計數(shù)器最終的輸出， 有節(jié)數(shù)、分和秒；控制器：控制電路是對計數(shù)器的工作狀態(tài)（記時開始 /暫停/繼續(xù)/復(fù)位等）進(jìn)行控制的單元，可由觸發(fā)器和開關(guān)組成。本實驗中，我主要設(shè)計的是分、秒和節(jié)的計數(shù)，即課程設(shè)計要求中的 1、2兩點(diǎn)，實現(xiàn)計數(shù)器和顯示器；并設(shè)計開機(jī)和節(jié)結(jié)束置數(shù)的控制器來實現(xiàn)計 數(shù)器的置數(shù)和減計數(shù)。三、選擇器件1、計數(shù)器件74LS192是雙時鐘方式的十進(jìn)制可逆計數(shù)器。下面介紹74LS192的引腳圖和74LS192的功能表。 CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。 LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 CR為復(fù)位輸入

5、端，高電平有效，異步清除 CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出, BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXDCBADCBAO1T1XXXX加計數(shù)011TXXXX減計數(shù)表1 74LS192功能表根據(jù)表1中74LS192的功能表，當(dāng)LD=1, CR=0 CPD=1時，如果有時鐘脈沖加到CPU端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加法計數(shù)，當(dāng)計到9（ 1001）時，CO端輸出進(jìn)位下降沿跳變脈沖；當(dāng) LD=1, CR=0 CPU=1時，如果有時鐘脈沖加到 CPD端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計到 0 （0

6、000）時，BO 端輸出借位下降沿跳變脈沖。2、置數(shù)實現(xiàn)器件74LS04是6非門仮相器）他的工作電壓5V，他的內(nèi)部含有6個coms反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0,把0變成1。四、功能模塊1、計數(shù)器秒信號經(jīng)秒、分計數(shù)器后分別得到“秒”個位、十位，“分”個位、十位的 計時輸出信號，然后輸出到譯碼顯示電路?！懊搿庇嫈?shù)器應(yīng)為60進(jìn)制，而“分” 計數(shù)器可為大于等于12的任意進(jìn)制。（1）秒計數(shù)器：六十進(jìn)制計數(shù)器可以由兩塊MSI計數(shù)器構(gòu)成，一塊十進(jìn)制，一塊六進(jìn)制，組合起來就構(gòu)成六十進(jìn)制計數(shù)器。實驗室可提供的MSI計數(shù)器有T213、T217、74LS90 74LS190 74LS192 74LS

7、160等，在這里我采用74LS192設(shè)計，74LS192是十進(jìn)制同步加法 /減法計數(shù)器，具有直接清零、異步置數(shù)功能。由籃球比賽的特點(diǎn)，計時器可以設(shè)計成距離比賽結(jié)束的時間， 因此這種方案 需用減法計數(shù)器，而對每一節(jié)的計數(shù)實現(xiàn)的又是加法計數(shù)器， 而74LS192既可以 實現(xiàn)加法計數(shù)，也可以實現(xiàn)減法計數(shù)。74LS192本身就是十進(jìn)制，所以圖2中U4直接利用借位輸出端BQ 旦有 借位則BO合U3個下降沿，U3就開始減計數(shù)，從而秒的個位實現(xiàn)十進(jìn)制。neanQQ!3DCD0i u74LS1S20-.anJ3Key= SpaceUPUPCOWA0ABQ3 .CXD'1010'74LS192D

8、'圖2十進(jìn)制電路圖要想實現(xiàn)六十進(jìn)制，則一開始要將 U3置成六，必須使LD=O,才能置數(shù)；但 要實現(xiàn)減計數(shù)，又必須使LD=1所以我使用了 CR的清零功能，總開關(guān)閉合時， CR=1此時顯示為0,總開關(guān)斷開時，CR=O減計數(shù)開始，U4上B0輸出借位為 0，LD接BO=0給U3置數(shù)，下一瞬間，B0=1 LD=1,則U3從六開始遞減。U4 有借位輸出，U3則減1,如此遞減，直到U3 U4全減為0, LD又給U3置數(shù)。一 直循環(huán)形成六十進(jìn)制。如圖3。8EW1M2tt+-u；4LS192C7flL94DDChlR2 lOb dhmIDi3J_HE：（ «C12> JP1 e 1- -

9、 -1 Sa12e弓n . oc .cr1R . gnDULS192Dn rLQA1Ji6-QCJ百00D. .7JLS12DHOLD5yA 1= Space.昭.57 .ifGl« warZ 0 Q-圖3六十進(jìn)制計數(shù)器(2) 分計數(shù)器：12進(jìn)制減法計數(shù)器由兩塊MSI計數(shù)器構(gòu)成，低位是十進(jìn)制，高位可為一個任意進(jìn)制，再利用置初始值“ 12”來實現(xiàn)十二進(jìn)制。CD HEXvcc/ UP13VCC74LS192D - 7dLS1920 'VCC5V'5V'DOW*1('LOADDC.XFG1圖4 分計數(shù)的置數(shù)我用74LS192的LD完成分計數(shù)的置數(shù)和減計數(shù)功能

10、，給 U14的數(shù)據(jù)輸入為 1（0001）, U12的數(shù)據(jù)輸入為2（0010）。按空格開關(guān)閉合，此時是接地，為低 電平，LD=0,實現(xiàn)置數(shù)功能，顯示12分，如圖4。按空格開關(guān)打開后，此時為高電平，LD=1,當(dāng)脈沖來時，做減計數(shù)，如圖5UkJLTUvcc0BDCD HEXTdLS-IZPII0f It kphmUPI!'LOADDCDvccJ3A.-. Key= Space 5VA'BQCC D,3.-LOAD7J.LS192Drnxcc5VccXFG1H：圖5分的減計數(shù)(3) 節(jié)計數(shù)器：四進(jìn)制加法計數(shù)器由一塊74LS192構(gòu)成，使數(shù)據(jù)輸入為“ 0001”，當(dāng)?shù)碗娖接行盘柨刂破渲?/p>

11、 數(shù)端時，便實現(xiàn)置1。同理，按空格鍵開關(guān)閉合，LD=0, U15置數(shù)為1,開始節(jié) 計數(shù)，如圖4;開關(guān)斷開后，LD=1，當(dāng)分十位有借位輸出時，便給CPU一個脈沖, U15便開始加1,實現(xiàn)節(jié)計數(shù)，如圖6。nr n_HiFxncn_Htx1UP円u 口-LOADOOWM' 00圖7節(jié)計數(shù)的加法控制電路由兩片74LS192組成，用74LS192來控制計數(shù)器12分00秒的 遞減計時，在控制電路中用 A和空格分別來控制電路的啟動、暫停/連續(xù)或 是停止工作。在這當(dāng)中CP的作用也是不同的，當(dāng)A和空格為“ 1”時，CP經(jīng) 非門為0，LD為1,電路開始計時，當(dāng)A為“0”時，CP=1,有清零功能，LD=0,

12、 有置數(shù)功能，電路不工作并置數(shù)，顯示器就為“ 1”“2”“0”“0”。當(dāng)空格置為“ 0”時，計時器暫停工作，則 CP停止工作。當(dāng)空格為“ 1”時， CP繼續(xù)工作。2、顯示器直接用仿真和硬件上的七段數(shù)碼顯示譯碼器。3、置數(shù)和計數(shù)的開關(guān)控制剛開始按下開關(guān)，要求計時器顯示12分00秒，再按開關(guān)后，計時器開 始計時。置數(shù)時，要求 LD全部為0,計數(shù)時，要求LD為1,但74LS192是 十進(jìn)制，秒計時要求是六十進(jìn)制，即要求在顯示六十秒時，置為00, LD在計數(shù)和置數(shù)上矛盾，所以我用總的開關(guān)來控制六進(jìn)制的清零端 CR同時控制 其余的LD端，使其可以用一個開關(guān)來控制置數(shù)和計時。實現(xiàn)時，CR=1清零，LD=0

13、開始置數(shù)，所以可以用一個非門來同時實現(xiàn)。其開關(guān)的設(shè)置如下頁所示，開關(guān)閉合時，為低電平，LD實現(xiàn)置數(shù)，CR經(jīng)反相器為高電平，開始清零；開關(guān)斷開，為高電平，LD=1, CR=0開始計時。開關(guān)閉合斷開時會出現(xiàn)抖動，即會有高低電平不穩(wěn)的狀況，這就需要有 防抖動開關(guān)來使其穩(wěn)定。防抖動開關(guān)和節(jié)結(jié)束開關(guān)的實現(xiàn)是由我的同組者來 設(shè)計。五、總體設(shè)計電路圖oJ尸m<ES一/s5WUA圖8總體設(shè)計電路圖SJSjh*aAaJEbAL1.5 ilos在總電路圖中，當(dāng)開關(guān)A接右時，經(jīng)防抖動開關(guān)輸出為低電平，經(jīng)過與 門，仍為低電平，則LD=O,實現(xiàn)置數(shù)；開關(guān)A接左時，輸出為高電平，從左 往右，第二片74LS192上沒

14、有借位輸出，BO=1經(jīng)與門后，輸出為高電平， 經(jīng)過脈沖，則實現(xiàn)減計數(shù)。暫停/連續(xù)開關(guān)由空格鍵控制，當(dāng)接右時，經(jīng)防抖動開關(guān)輸出為1，BO無借位時輸出為1,有脈沖時為1,經(jīng)三輸入的與非門為0,再經(jīng)與非門為1, 所以能正常工作；當(dāng)開關(guān)接左時，經(jīng)防抖動開關(guān)后為0,經(jīng)兩個與非門仍為0,實現(xiàn)暫停計時。六、實驗結(jié)果及分析（一）實驗結(jié)果1、將五片74LS192中的LD置為低電平，將第四片CP信號接為高電平, 實現(xiàn)了置數(shù)“ 12分00秒”后將A斷開，LD=1, CP=0計時器開始工作，實 現(xiàn)倒計時，同時在顯示器上按脈沖來遞減顯示。2、用基本的RS觸發(fā)器連接成防抖動開關(guān)，用空格鍵來控制與非門的輸 出來控制暫停和連

15、續(xù)。（二）結(jié)果分析1、撥動開關(guān)，當(dāng)A=0時重新置數(shù)，當(dāng)A=1時開始計數(shù)。當(dāng)按空格鍵輸出 為0時暫停，當(dāng)按空格鍵輸出為1時繼續(xù)。2、當(dāng)計時器從12分00秒遞減到00分00秒時，數(shù)碼顯示器不滅燈，同 時發(fā)光二極管發(fā)光報警。3、手動控制K1和K2實現(xiàn)暫停和連續(xù)功能（三）在 MULTISIM中進(jìn)行仿真用Multisim2001進(jìn)行模擬仿真，按照實驗設(shè)計好的電路在Multisim2001中進(jìn)行放置元件、設(shè)置電路參數(shù)、連接各元件，然后進(jìn)行功能測試，經(jīng)幾次修改布線錯誤最終仿真成功。其中也出現(xiàn)些不可避免的誤差，例如剛開始檢查連 線都無誤后，還是不能正確顯示數(shù)字，換了兩片74LS192芯片，才正確顯示七、心得體

16、會本次課程設(shè)計使我對數(shù)字電子技術(shù)有了更進(jìn)一步的熟悉，實際操作和課本上 的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個看似很簡單的電路， 要動手把它設(shè)計出 來就比較困難了，要求我們在以后的學(xué)習(xí)中注意，要把課本上所學(xué)到的知識和實 際聯(lián)系起來，同時通過本次電路的設(shè)計， 不但鞏固了所學(xué)知識，也使我們把理論 與實踐從真正意義上結(jié)合起來，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的興趣，考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜 集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，和組織材料的綜合能力。在這幾周的學(xué)習(xí)與實驗中，我感覺有了很大的收獲：首先，通過實驗及查閱 相關(guān)資料使自己對課本上的知識有了更深的掌握，更好的理解，使自己的理論知識與實際相結(jié)合，同時實驗也增強(qiáng)了我個人的動手能力。對我們學(xué)生來說，理論與實際同樣重要，這是我們以后在工作