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文檔簡介

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計說明書題目: 簡易籃球比賽計時器 姓 名: 陳光 院 (系): 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級:電氣工程及其自動化12-01學(xué) 號: 541201020104 指導(dǎo)教師: 王延峰 成 績: 時間: 2014 年 02 月 17 日至 2014 年 02 月 21 日鄭州輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(論文)任務(wù)書題目 簡易籃球比賽計時器 專業(yè) 電氣工程及其自動化12-01 學(xué)號 541201020104 姓名 陳光 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等:主要內(nèi)容1閱讀相關(guān)科技文獻。2學(xué)習(xí)protel軟件的使用。3學(xué)會整理和總結(jié)設(shè)計文檔報告。4學(xué)習(xí)如何查找器件手冊及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求1. 籃

2、球比賽采取四節(jié)制,每節(jié)12分鐘,要求能夠計時。2. 籃球比賽采取進攻24秒制,要求能夠倒數(shù)計時。3. 要求時間用數(shù)碼管表示出來。4. 要求可以手動控制計時,即能夠隨時暫停,啟動后可以繼續(xù)計數(shù),并且能夠?qū)τ嫈?shù)進行清零。5. 要求每節(jié)結(jié)束、全場結(jié)束和24秒結(jié)束時能夠自動進行聲音提示。主要參考資料1何小艇,電子系統(tǒng)設(shè)計,浙江大學(xué)出版社,2001年6月2姚福安,電子電路設(shè)計與實踐,山東科學(xué)技術(shù)出版社,2001年10月3王澄非,電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐,東南大學(xué)出版社,1999年10月4李銀華,電子線路設(shè)計指導(dǎo),北京航空航天大學(xué)出版社,2005年6月5康華光,電子技術(shù)基礎(chǔ),高教出版社,2003完 成 期

3、限: 2014年2月21日 指導(dǎo)教師簽章: 專業(yè)負責(zé)人簽章: 2014年2月15日目 錄1計數(shù)器概述11.1籃球競賽24秒計時器功能11.2設(shè)計任務(wù)及要求21.2.2設(shè)計任務(wù)及目標(biāo)22總體設(shè)計思路、基本原理22.1設(shè)計思路22.2基本原理32.3總體設(shè)計框圖43單元電路設(shè)計53.1秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計53.2秒、分倒計時計數(shù)器的設(shè)計63.2.1 24秒倒計時電路63.2.2 12分鐘倒計時電路設(shè)計73.2.3 譯碼器和顯示器的設(shè)計94總設(shè)計105、總結(jié)11參考文獻12附錄131簡易籃球比賽計時器摘要本設(shè)計是脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用,設(shè)計了籃球競賽24秒和12分鐘倒計時器。此計時器功能齊全,可以直接

4、清零、啟動、暫停和連續(xù)以及具有報警功能,同時應(yīng)用了七段數(shù)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(dāng)計時器遞減到零時,會發(fā)出報警信號。本設(shè)計完成的中途計時功能,實現(xiàn)了在許多的特定場合進行時間追蹤的功能,在社會生活中也具有廣泛的應(yīng)用價值。本電路主要有五個模塊構(gòu)成: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。控制電路直接控制計數(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。當(dāng)控制電路的置數(shù)開關(guān)閉合時,在數(shù)碼管上顯示數(shù)字24,每當(dāng)一個秒脈信號輸入到計數(shù)器時,數(shù)碼管上的數(shù)字就會自動減1,當(dāng)計時器遞減到零時,報警電路發(fā)出光電報警與蜂鳴信號。關(guān)鍵詞:

5、計數(shù)器 24秒倒計 譯碼顯示電路 控制電路 報警電路1 計數(shù)器概述1.1 籃球競賽24秒計時器功能數(shù)字電子技術(shù)在社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用,在生活中有著各種各樣的應(yīng)用。因此課程設(shè)計是數(shù)字電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個環(huán)節(jié),它將學(xué)生的理論知識和實踐能力統(tǒng)一起來,為以后的工作做好準(zhǔn)備。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。本課程設(shè)計的“籃球競賽24秒計時器”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)。本課程設(shè)計是脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用,設(shè)計了籃球競賽24秒計時器。此計時器功能齊全,有顯示24秒倒計時

6、的功能,同時系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān),控制計時器的直接清零、啟動、暫停、連續(xù)功能。而在直接清零時,數(shù)碼管顯示器滅燈,計時器為24秒遞減計時其計時間間隔為1秒,計時器遞減計時到零時,數(shù)碼管顯示器不滅燈,同時發(fā)出光電報警信號。1.2 設(shè)計任務(wù)及要求1.2.1 基本要求(1)籃球比賽上下半場四節(jié)制,每節(jié)12 min,要求能隨時暫停,啟動后繼續(xù)計時,一節(jié)比賽結(jié)束后應(yīng)可清零。(2) 按籃球比賽規(guī)則,進攻方有24 s為倒計時。要求進攻方得到發(fā)球權(quán)后,必須在24 s內(nèi)完成一次進攻,否則將球權(quán)判給對方,因此需要一個具有24 s的倒計時功能。(3)“分”、“秒”顯示用LED數(shù)碼管,應(yīng)配用相應(yīng)譯碼器。(4)用扭子開關(guān)

7、控制計時器的啟動暫停。(5)24s計時時間到、每節(jié)結(jié)束和全場結(jié)束能自動音響提示。1.2.2 設(shè)計任務(wù)及目標(biāo)(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)進行電路的裝接、調(diào)試、直到電路能達到規(guī)定的設(shè)計要求;(4)寫出完整、詳細的課程設(shè)計報告。2 總體設(shè)計思路、基本原理2.1 設(shè)計思路籃球比賽計時器的主要功能包括: 12分鐘倒計時、進攻方24秒倒計時計時暫停,重新開啟和結(jié)束警報提示。該計時系統(tǒng)由以下四個電路模塊組成:1秒時基產(chǎn)生器:這部分利用32.768KHz需要通過分頻器,最終產(chǎn)生1赫茲的電信號,驅(qū)動整個電路的運作。這一模塊主要是利用CD4060和C

8、D4027的鎖存和分頻功能來實現(xiàn)。12分鐘倒計時:這部分電路完成12分鐘倒計時的功能,比賽準(zhǔn)備開始時,屏幕上顯示12:00字樣。當(dāng)比賽開始時,倒計時從12:00開始逐秒遞減到00:00。這一模塊主要利用雙向計數(shù)器74LS192的減計數(shù)功能來實現(xiàn)。攻方24秒倒計時:這部分電路與12分鐘倒計時功能類似,當(dāng)比賽準(zhǔn)備開始時,屏幕上顯示24秒字樣,當(dāng)比賽開始后,倒計時從24逐秒倒數(shù)到00。這一模塊主要也是利用雙向計數(shù)器74LS192來實現(xiàn)。節(jié)數(shù)記次:四個LED分別表示四場節(jié)次,根據(jù)比賽場次的轉(zhuǎn)換,用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ惯@四個LED依次自動指示四場節(jié)次。警報提示:當(dāng)兩個計數(shù)器中任一個計時到零時,BO端出現(xiàn)低電平。

9、通過和二極管作用,發(fā)光二極管亮,起到報警作用。2.2 基本原理主體電路:即倒計時部分。包括12分鐘和24秒倒計時。12分鐘倒計時的基本原理:比賽處于準(zhǔn)備開始階段,扳動啟動開關(guān)G使倒計時計數(shù)器相應(yīng)的置數(shù)或清零端有效,顯示設(shè)定的時間12:00,當(dāng)主裁判拋起球,比賽開始,扳動G,倒數(shù)計時器開始工作(相應(yīng)的置數(shù)、清零端無效),計時器逐秒進行倒計顯示。當(dāng)有球員犯規(guī),裁判吹哨,整個計時系統(tǒng)的倒計時暫停,這個功能通過暫停開關(guān)S截斷時鐘脈沖的傳輸來實現(xiàn)。當(dāng)?shù)箶?shù)計時器計數(shù)到零時,選取“00:00”這個狀態(tài),通過組合邏輯電路給出截斷信號,讓其與時鐘脈沖在與非門中將時鐘脈沖截斷,從而計時器在計數(shù)到零時停住。24秒計

10、數(shù)芯片的置數(shù)端和12分的置數(shù)、清零端共用一個開關(guān),比賽開始后,24秒的置數(shù)端也無效,24秒的倒數(shù)計時器與12分的倒數(shù)計時器同時開始進行倒計時,逐秒倒計到零。同樣也是選取“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非門中將時鐘截斷,使計時器在計數(shù)到零時停住。節(jié)次電路:用四個D觸發(fā)器和適當(dāng)?shù)慕M合邏輯電路搭成四位的移位寄存器,四個LED分別接在這四個D觸發(fā)器的輸出Q上, 12分鐘重置時,電路自動移位指示節(jié)次。警報提示:為了給出警報提示,可在計數(shù)器的輸出端用一個普通二極管和LED二極管。當(dāng)計數(shù)為0時,QO輸出為0,LED燈亮起。2.3 總體設(shè)計框圖總體電路說明:倒計時功能主要

11、是利用192計數(shù)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,到各計時器到零時,通過停止控制電路使計數(shù)器停止計數(shù)并用LED發(fā)出警報。而節(jié)次計數(shù)是通過12分鐘的重置來實現(xiàn)的。3 單元電路設(shè)計3.1 秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計 由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標(biāo)準(zhǔn)信號。 圖3-1脈沖發(fā)生器參數(shù)計算:1.用555組成的脈沖產(chǎn)生電路: R1=15*103        R2=68*103        C=

12、10F   則555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1.43/(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而設(shè)計要求為1Hz,因此其誤差為5.3%,在精度要求不是很高的時候可以使用.器件特性:555定時器是一種中規(guī)模集成電路,外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu),體積很小,使用起來方便。只要在外部配上幾個適當(dāng)?shù)淖枞菰?,就可以?gòu)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(yīng)用。集成555定時器有雙極性型和CMOS型兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號的最后三位數(shù)都是55

13、5,CMOS型產(chǎn)品型號的最后四位數(shù)都是7555.它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。器件電源電壓推薦為4512V,最大輸出電流200mA以內(nèi),并能與TTL、CMOS邏輯電平相兼容。555定時器內(nèi)含一個由三個阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò),產(chǎn)生VCC和VCC兩個基準(zhǔn)電壓;兩個電壓比較器C1、C2;一個由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器(低電平觸發(fā));放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。VCO為控制電壓端,在VCO端加入電壓,可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。正常工作時,要在VCO和地之間接001F(電容量標(biāo)記為103)電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。根據(jù)555定時器的控制功

14、能,可以制成各種不同的脈沖信號產(chǎn)生與處理電路電路,例如,史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器等。在此次設(shè)計中,采用多諧振蕩器來設(shè)計。 555定時器應(yīng)用為多諧振蕩電路時,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)楦唠娖剑珻放電終止,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。于是為了產(chǎn)生周期為1秒的脈沖,可以使、3.2 秒、分

15、倒計時計數(shù)器的設(shè)計3.2.1 24秒倒計時電路計數(shù)器的倒計時功能。用兩片54LS192分別做個位(低位)和十位(高位)的倒計時計數(shù)器,由于本系統(tǒng)只需要從開始時的“24”倒計到“00”然后停止,所以可以直接運用十進制的54LS192進行減計數(shù)。圖3-2 24秒倒計時電路因為預(yù)置的數(shù)不是“00”,所以我選用置數(shù)端LD來進行預(yù)置數(shù)。低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖。 3.2.2 12分鐘倒計時電路設(shè)計12分鐘倒計時秒部分。運用兩片可逆計數(shù)器54LS192來構(gòu) 成60進制的減計數(shù)器。這個計數(shù) 器的低位即個位,不需要搭接任何反饋電路而直接運用54LS192芯片的減計數(shù)功能:時鐘脈沖接到down端,置

16、數(shù)、清零端無效,即可以實現(xiàn)十進制的倒計時計數(shù)功能。這個計數(shù)器的低位即個位,不需要搭接任何反饋電路而直接運用74LS192芯片的減計數(shù)功能:時鐘脈沖接到down端,置數(shù)、清零端無效,即可以實現(xiàn)十進制的倒計時計數(shù)功能。而最低位的計數(shù)變化應(yīng)當(dāng)與時鐘脈沖的變化同步。所以,原則上應(yīng)當(dāng)將時鐘脈沖直接引到圖3-3 12分鐘倒計時電路這片192計數(shù)器的減計數(shù)時鐘脈沖輸入端down。圖3-3 12分鐘倒計時電路該計數(shù)器的高位即十位,與低位的計數(shù)進制不相同。由于時間的分和秒都是60進制, 所以這里的計數(shù)芯片54LS192必須要接成六進制的計數(shù)器。這里,我選用反饋置數(shù)的方法來實現(xiàn)這個功能。 反饋方案一:考慮到74L

17、S192芯片的置數(shù)端LOAD是異步置數(shù),并且是低電平有效的,所以我根據(jù)74LS192芯片減計數(shù)的特點并綜合以上兩點特性,就將74LS192芯片的輸出端輸出9時,即僅QD和QA輸出為高電平(二進制數(shù)1001)。從這兩個引腳引出高電平信號,并通過與非門作用后形成低電平反饋信號,送入74LS192芯片的置數(shù)端LOAD使之實現(xiàn)置數(shù)動作。 反饋方案二:直接從QD引出高電平信號,通過非門作用后形成低電平反饋信號,送入74LS192芯片的置數(shù)端LOAD使之實現(xiàn)置數(shù)動作。(由于方案二和方案一相比,功能相同,連線更為簡單和方便,本設(shè)計采用方案二。)置數(shù)時,輸出的數(shù)是與輸入的數(shù)是一樣的,所以我設(shè)置的數(shù)是5(二進制

18、0101),這樣,當(dāng)計數(shù)器從0變到9時,由于進行了異步置數(shù),9就在瞬間變成了5,計數(shù)輸出的結(jié)果就變?yōu)?543210,實現(xiàn)了六進制的功能。12分鐘倒計時分部分。也是運用兩片可逆計數(shù)器54LS192來構(gòu)成減計數(shù)器。在兩片計數(shù)器的連接上,與秒部分一樣。也是把低位的借位信號作為高位的時鐘脈沖進行連接。而低位計數(shù)器的時鐘脈沖則是用秒部分高位計數(shù)器的借位輸出信號來充當(dāng)?shù)?。運用以上兩個計數(shù)器組合,就在低位計數(shù)器從0變到9或從0變到5的瞬間,在它的借位輸出端出現(xiàn)一個借位信號,從而使高位的計數(shù)器倒倒計一個數(shù)。實現(xiàn)倒計時功能。12分鐘倒計時電路如上圖所示。圖3-4 報警電路警報提示就是完成任一計時器計時結(jié)束時,系

19、統(tǒng)給出連續(xù)的提示音。當(dāng)電路由“00” 到“24”時,下面一個與非門輸出低電平,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)出報警信號。報警電路如上圖所示3.2.3 譯碼器和顯示器的設(shè)計譯碼電路的功能是將“秒”、“分”計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯,變成相應(yīng)的數(shù)字。本次驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器,我選用了MC14558,與LED七段共陰極顯示數(shù)碼管相互連接。節(jié)次控制電路的設(shè)計:節(jié)次控制電路圖:圖3-5節(jié)次控制電路圖將這四個D觸發(fā)器依次命名為D1、D2、D3、D4。四個D觸發(fā)器級連,前一個輸出送入下一個輸入,用一個共同的時鐘脈沖,形成同步

20、動作。為了保證每次輸出只有一位是高電平,用個或門把Q2、Q3進行或運算后,送入或非門與Q1進行運算后送回D1。當(dāng)電源剛接通、開關(guān)G沒有接地,整個計時系統(tǒng)沒有進行工作,Q1-Q4為低電平(0000狀態(tài)),D=1,四個LED都不亮。合上G,接高電平,這樣,當(dāng)G接通時就有了一個電平的上升沿跳變,Q1=D1=1;1000狀態(tài),LED1亮,指示第一節(jié)比賽。電路進入循環(huán)狀態(tài),倒計時電路重置一次,該電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換一次,實現(xiàn)節(jié)次自動指示。4 總設(shè)計整體電路圖:圖4-1總電路圖開關(guān)S1為12分倒計時的置數(shù),啟動開關(guān)。開關(guān)S2為24秒倒計時的清零開關(guān)。開關(guān)S3為24秒倒計時的置數(shù)啟動開關(guān)。開關(guān)S4為系統(tǒng)的暫停啟動開

21、關(guān)。5 總結(jié)通過此次電子線路課程設(shè)計, 讓我對自己本專業(yè)的知識有了更具體的認(rèn)識,提高了我分析解決問題和與他人合作溝通的能力,我也學(xué)到了很多課堂上沒有學(xué)到的東西,鞏固了理論知識,對集成電路、555定時器等有了更深的理解。除了理論知識的鞏固,我還用了繪圖軟件制作了簡易的原理圖和pcb版圖,在這個過程中我學(xué)會了電腦繪制原理圖和pcb版圖,隨著時代的發(fā)展,計算機制圖已經(jīng)非常普遍,學(xué)會計算機制圖也對我以后的學(xué)習(xí)生活和工作有著莫大的好處。最后要感謝王老師對我們的諄諄教導(dǎo),是王老師給我們提供了理論基礎(chǔ),也給了我們這樣一個學(xué)習(xí)的機會,在學(xué)習(xí)過程中我得到了很多同學(xué)的幫助,也謝謝同學(xué)們的熱情幫助,正是老師和同學(xué)們

22、的幫助我才能順利的完成課程設(shè)計并且讓我學(xué)到了許多東西,相信這次課程設(shè)計的經(jīng)驗會對我以后的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計有很大幫助。參考文獻 【1】電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第四版),康華光、鄒壽彬,高等教育出版社,2000年6月【2】模擬及數(shù)字電子技術(shù)實驗教程,徐國華,北京航空航天大學(xué)出版社,2004年8月【3】電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐,王澄非,東南大學(xué)出版社,1999年10月【4】電子電路設(shè)計與實踐,姚福安,山東科學(xué)技術(shù)出版社,2001年10月【5】電子綜合技能實訓(xùn)教程,徐國華、孫東、王新金,北京航空航天大學(xué)出版社,2010年6月 【6】模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第三版,北京高等教育出版社 【7】數(shù)字電子技術(shù),第三版,

23、高等教育出版社2008年6月 【8】電子技術(shù)基礎(chǔ),康華光,高教出版社,2003年附錄附錄一:元件清單表1元件名原理圖中編號數(shù)量備注54LS192U1U66十進制計數(shù)器MC14588U7U126譯碼器74HC04U14BU16B1六反相器CC4023U17B1三輸入與非門數(shù)碼管顯示器DS1DS66共陰極開關(guān)S1S44普通電容C110.01uF電容C2110電阻R1R441K電阻R511.5K電阻R616.3K蜂鳴器LS11附錄二:各集成電路管腳圖和功能表圖1、54LS192管腳圖: 54LS192功能表:表2清零預(yù)置時鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出RSTLDUPDWNP0P1P2P3D0D1D2D3H××××

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