籃球比賽計時器設(shè)計 文檔

1、濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計題目籃球比賽計時器設(shè)計系別機電工程系專業(yè) 機電一體化 班級 xxxxxxxx 姓名 Xxx 學(xué)號 09011431 指導(dǎo)教師 xxx 日期 2011 年 6 月 22 日 設(shè)計任務(wù)書設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目設(shè)計題目籃球比賽計時器設(shè)計基本要求基本要求第一，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。第二，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。第三， “分” 、 “秒”

2、顯示用 LED 數(shù)碼管，應(yīng)配用相應(yīng)譯碼器。第四，用扭子開關(guān)控制計時器的啟動暫停。第五，24s 計時時間到、每節(jié)結(jié)束和全場結(jié)束能自動音響提示。工作原理及參考方案工作原理及參考方案 籃球比賽計時器實際上是一種多功能倒計時裝置，它包括 12 min、24 s 倒計時，按鍵啟停功能和自動音響提示等，其組成原理框圖如圖 232 所示。該電路主要由秒信號發(fā)生電路、啟停電路、聲響電路、門控電路、顯示電路和計數(shù)電路等組成。一旦發(fā)球，啟停電路啟動，計時器開始工作，即 12 min、24 s 倒計時同時工作。當發(fā)球權(quán)交給對方時，24 s 倒計重新開始計時，而 12 min倒計時繼續(xù)工作。當啟停電路暫停時，12 m

3、in、24 s 倒計器保持原來的數(shù)據(jù)不變，等到重新啟動開始工作。指導(dǎo)教師（簽名）：指導(dǎo)教師（簽名）： 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?？刂齐娐分苯涌刂朴嫈?shù)器啟動計

4、數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。當控制電路的置數(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：計數(shù)器 24 秒倒計 譯碼顯示電路 控制電路 報警電路目 錄第一章、總體設(shè)計思路、基本原理和框圖.51.1 設(shè)計思路 .51.2 基本原理 .51.3 總體設(shè)計框圖 .6第二章 單元電路設(shè)計與方案比較（各單元電路圖）.72.2 秒、分倒計數(shù)器的設(shè)計 24 秒倒計時電路.8分鐘倒計時電路設(shè)計 .9第三章 總設(shè)計（總電路圖）.13第四章 安裝、調(diào)試步驟.14第五章 性能測試和結(jié)果分

5、析.15第六章 附錄（元器件清單）.16致 謝.17參考文獻.18 第一章、總體設(shè)計思路、基本原理和框圖1.11.1 設(shè)計思路設(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 CD4027 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，比賽準備開始時，屏幕上顯示 12：00 字樣。當比賽開始時，倒計時從 12：0

6、0 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，當比賽準備開始時，屏幕上顯示 24 秒字樣，當比賽開始后，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?shù)姆椒ㄊ惯@四個 LED 依次自動指示四場節(jié)次。警報提示：當兩個計數(shù)器中任一個計時到零時，BO 端出現(xiàn)低電平。通過和二極管作用，發(fā)光二極管亮，起到報警作用。1.21.2 基本原理基本原理主體電路：即倒計時部分。包括 12 分鐘和

7、24 秒倒計時。12 分鐘倒計時的基本原理：比賽處于準備開始階段，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?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

8、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?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，當一天和尚撞一天鐘 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。當計數(shù)為 0 時，QO 輸出為 0，LED 燈亮起。1.31.3 總體設(shè)計框圖總體設(shè)計框圖報警電路秒脈沖發(fā)生器計數(shù)器計數(shù)器譯

9、碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動12 分鐘顯示24 秒顯示控制電路總體電路說明：倒計時功能主要是利用 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。第二章 單元電路設(shè)計與方案比較（各單元電路圖）2.12.1 秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計 方案一： 信號發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心。它的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，可選用晶振的頻率為 32768Hz 的脈沖經(jīng)過整形、分步獲得 1Hz 的秒脈沖。如下圖所示.輸出端正好可得到

10、 1Hz 的標準脈沖。J6Q1CLK3K5Q2S7R4U1:A4027R410kR510kX1CRYSTALC115uC215uRS11MR12Q37Q45Q54Q66Q714Q813Q915Q111Q122Q133CTC9RTC10U24060D6BB212C30.1uR71k方案二：由集成邏輯門與 RC 組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定時器 555與 RC 組成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。 參數(shù)計算：1.脈沖產(chǎn)生電路：a.用 555 組成的脈沖產(chǎn)生電路: R1=15*103 R2=68*103 C=10F 則 555 所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1.43/(R1+2*R2)*103*10*1

11、06=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.b.石英晶體振蕩電路: 采用的 32768 晶體振蕩電路,其頻率為 32768Hz,然后再經(jīng)過 15 分頻電路可得到標準的 1Hz 的脈沖輸出.R 的阻值,對于 TTL 門電路通常在 0.72K之間;對于 CMOS 門則常在 10100M 之間.由于本次設(shè)計要求用 32768 赫茲的晶振產(chǎn)生秒脈沖，所以采用方案一。2.22.2 秒、分倒計數(shù)器的設(shè)計秒、分倒計數(shù)器的設(shè)計 2424 秒倒計時電路秒倒計時電路計數(shù)器的倒計時功能。用兩片 74LS192 分別做個位（低位）和十位（高位）的倒計時計數(shù)器，

12、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 74LS192 進行減計數(shù)。因為預(yù)置的數(shù)不是“00”，所以我選用置數(shù)端 LOAD 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。24 秒倒計時電路如圖：123U6:A74LS00456U6:B74LS00SW1SW-SPDTR110kSW2SW-SPSTSW3SW-SPDTR210kD015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U474LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U974

13、LS192A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U84511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U124511 1212 分鐘倒計時電路設(shè)計分鐘倒計時電路設(shè)計1. 12 分鐘倒計時秒部分。運用兩片可逆計數(shù)器 74LS192 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 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)當與時鐘脈沖的變化同步。所以，原則上應(yīng)

14、當將時鐘脈沖直接引到這片 192 計數(shù)器的減計數(shù)時鐘脈沖輸入端down。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 74LS192 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 74LS192 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74LS19

15、2 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0101），這樣，當計數(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)?0543210，實現(xiàn)了六進制的功能。2. 12 分鐘倒計時分部分。也是運用兩片可逆計數(shù)器 74LS192 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

16、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?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)一個電平的上升脈沖沿，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 分鐘倒計時電路如下：A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U34511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U54511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD

17、10QE9QF15QG14U134511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U144511D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U1574LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U1674LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U1774LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL1

18、1MR14U1874LS19212U22:A406934U22:B4069R310kSW4SW-SPST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，我們選用了 CC4511.相應(yīng)的，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： 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

19、。當電源剛接通、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 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。第三章 總設(shè)計（總電路圖）123U6:A74LS00456U6:B74LS00SW1SW-SPDTR110kSW2SW-SPSTSW3SW-SPDTR210kD015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U47

20、4LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U974LS192A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U84511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U124511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U34511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U54511A7B1C2D6LT3BI4LE/S

21、TB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U134511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U144511D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U1574LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U1674LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U1774LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP

22、5TCU12DN4TCD13PL11MR14U1874LS19212U22:A406934U22:B406912U21:A40699128U20:A4023R310kSW4SW-SPSTJ6Q1CLK3K5Q2S7R4U1:A4027R410kR510kX1CRYSTALC115uC215uRS11MR12Q37Q45Q54Q66Q714Q813Q915Q111Q122Q133CTC9RTC10U24060R610kD1LED-BIGYD12Q9CLK11Q8S10R13U7:B74HC74D2Q5CLK3Q6S4R1U10:A74HC74D12Q9CLK11Q8S10R13U10:B74HC

23、74D2Q5CLK3Q6S4R1U11:A74HC74123U19:A4071123U23:A4001D2LED-BIGYD3LED-BIGYD4LED-BIGYD5LED-BIGYSW5SW-SPDTD6BB212C30.1uR71k簡要說明：右起第一個開關(guān)的作用是對 12 分鐘進行清零和置數(shù)。右起第二個開關(guān)是暫停、繼續(xù)開關(guān)。 右起第三個開關(guān)對 24 秒進行清零和置數(shù)。最左邊的開關(guān)是整個系統(tǒng)的啟動開關(guān)。第四章 安裝、調(diào)試步驟1、按照電路板的規(guī)格，設(shè)定好各集成芯片的排放位置、測試各芯片是否與面板接觸良好。2、用 D 觸發(fā)器 74LS74 連接出節(jié)次控制模塊：a 測試 74LS74，相應(yīng)的門電路

24、模塊 74LS02、74LS32 的好壞。b 將兩片 74LS74 做成循環(huán)移位寄存器，測試其性能是否達到要求。3、用移位 74LS194 寄存器及相關(guān)的門電路做出警報提示模塊：a 測試 74LS194 和門電路的好壞。b 把 74LS194 的固定引腳接好。c 連接 74LS194 外部門電路組成的組合邏輯電路并測試其功能。d 進行整體連接并測試其功能。4、用異步可逆雙時鐘 BCD 計數(shù)器 74LS192 及相關(guān)門實現(xiàn)定時倒計時電路：a 測試 74LS192 和門電路的好壞。b 先連 24 秒倒計時模塊，并測試其性能是否達到要求c 加入相應(yīng)門電路實現(xiàn)暫停和停止/復(fù)位功能。d 連接 12 分鐘倒計時模塊，并測試其性能是否達到要求。e 加入相應(yīng)門電路實現(xiàn)暫停和停止/復(fù)位功能。5、整體綜合連接，測試整