籃球比賽計時器課程設(shè)計

1、目 錄摘 要I1 總體設(shè)計思路、基本原理11.1 設(shè)計思路11.2 基本原理12單元電路設(shè)計與各單元電路圖22.1 秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計22.2 秒、分倒計數(shù)器的設(shè)計22.2.1 24秒倒計時電路22.2.2 12分鐘倒計時電路設(shè)計32.3 譯碼器和顯示器的設(shè)計53 總設(shè)計64 總結(jié)8參考文獻(xiàn)9附錄10附錄110附錄211簡易籃球比賽計時器摘 要本設(shè)計主要能完成：顯示籃球競賽24秒和12分倒計時功能；此計時器功能齊全，系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時，數(shù)碼管顯示器滅燈；計時器計時間隔為1秒；計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時蜂鳴器會發(fā)出聲報

2、警信號等。本設(shè)計是脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用，應(yīng)用七段數(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。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(jìn)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。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和12：00，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，報警電路會發(fā)出蜂鳴信號?？刂齐娐纺苤苯涌刂朴嫈?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。關(guān)鍵詞：計數(shù)器 24秒倒計 譯碼顯示電路

3、報警電路1 總體設(shè)計思路、基本原理1.1 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(jìn)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：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)信號源。24秒倒計時：這部分電路完成24 秒倒計時的功能，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。這一模塊主要是利用雙向計數(shù)器74LS192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

4、一模塊也是利用雙向計數(shù)器74LS192的減計數(shù)功能來實現(xiàn)。警報提示：當(dāng)兩個計數(shù)器中任一個計時到零時，LCD端出現(xiàn)低電平,蜂鳴器鳴響發(fā)出警報。1.2 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)SW4使倒計時計數(shù)器相應(yīng)的置數(shù)端有效，顯示設(shè)定的時間12：00，當(dāng)比賽開始，扳動SW1，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(jìn)行倒計顯示。當(dāng)有球員犯規(guī)，比賽需要暫停時，這個功能通過暫停開關(guān)SW1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

5、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(jìn)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。報警提示：當(dāng)12分倒計時和24秒倒計時任意一個倒計時到零時，蜂鳴器鳴報提示。2 單元電路設(shè)計與各單元電路圖2.1 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)信號源。 圖2-1 秒脈沖發(fā)生器參數(shù)計算：用555組成的多諧振蕩產(chǎn)生脈沖電路：R5為

6、1.5K ，R6為6.3K ，C2為10uF，則555產(chǎn)生的脈沖頻率為1.014Hz，而設(shè)計要求為1Hz,因此其誤差較小,在精度要求不是很高的時候可以使用。2.2 秒、分倒計數(shù)器的設(shè)計 24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，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(jìn)制的74LS192進(jìn)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PL來進(jìn)行預(yù)置數(shù)。低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖。圖2-2 24秒倒計時電路 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74LS192

7、來構(gòu)成60進(jìn)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DN端，置數(shù)、清零端無效，即可以實現(xiàn)十進(jìn)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這片192計數(shù)器的減計數(shù)時鐘脈沖輸入端DN。該計數(shù)器的高位即十位，與低位的計數(shù)進(jìn)制不相同。由于時間的分和秒都是60進(jìn)制，所以這里的計數(shù)芯片74LS192必須要接成六進(jìn)制的計數(shù)器。這里，選用反饋置數(shù)的方法來實現(xiàn)這個功能。從Q3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PL使之實現(xiàn)置數(shù)動作。置數(shù)時，輸

8、出的數(shù)是與輸入的數(shù)是一樣的，這里設(shè)置的數(shù)是5，這樣，當(dāng)計數(shù)器從0變到9時，由于進(jìn)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(jìn)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。也是把低位的借位信號作為高位的時鐘脈沖進(jìn)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。圖2-3 12分鐘倒計時電路2.3 譯碼器和顯

9、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(jìn)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，選用CD4511.相應(yīng)的，與LED七段共陰極顯示數(shù)碼管相互連接。3 總設(shè)計圖3-1 總電路圖說明：開關(guān)SW4的作用是對12分鐘的置數(shù)和啟動開關(guān)。開關(guān)SW1是暫停、繼續(xù)開關(guān)。開關(guān)SW3對24秒的清零開關(guān)。開關(guān)SW2是對24秒的置數(shù)開關(guān)。4 總結(jié)通過這次的課程設(shè)計，我在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，我學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實

10、用的，真的是受益匪淺。剛開始拿到題目時，不知如何入手，畢竟，課程設(shè)計不同與實驗課，電路圖和程序都要自己設(shè)計。后來，靜下心來，仔細(xì)分析題目，再加上指導(dǎo)老師的說明與提示和同組成員的幫助，心中才有了譜。將整個系統(tǒng)根據(jù)不同的功能劃分成模塊，再分別進(jìn)行設(shè)計，逐個攻破，最后再將其整合即可。通過這次課程設(shè)計，不僅鞏固了自己課堂上學(xué)到的理論知識，又掌握了常用集成電路芯片的使用，并在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本思想和方法，學(xué)會了科學(xué)地分析實際問題，通過查找資料及請教老師和同學(xué)等多種途徑來解決問題。同時，也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。最后這次課程設(shè)計總算順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多不同的問題，但在老師和同學(xué)的指

11、導(dǎo)和幫助下，最終還是順利解決了各種問題。在此，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！參考文獻(xiàn)1 康華光、鄒壽彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）M.北京:高等教育出版社，2000.241-259.2 陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗電子電路實驗設(shè)計仿真M.北京:高等教育出版社,2000.22-41.3 徐國華、孫東、王新金.電子綜合技能實訓(xùn)教程M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2010.104-128.4 姚福安.電子電路設(shè)計與實踐M.山東:山東科學(xué)技術(shù)出版社2001.76-97.5 王澄非.電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐M.江蘇:東南大學(xué)出版社1999.156-178.附錄附錄1表6-1 元

12、器件清單元件名稱規(guī)格及作用數(shù)量74LS192十進(jìn)制減計時器6CD4511譯碼器6七段數(shù)碼顯示器共陰極674LS00四路二輸入與非門2蜂鳴器發(fā)出警報1CD406014位二進(jìn)制串行計數(shù)器1CC40233輸入與非門1CC4027雙上升沿JK觸發(fā)器1CC4069六反相器1555定時器產(chǎn)生脈沖1電容10uF2電阻10k5電阻1.5K1電阻6.3K1開關(guān)普通2開關(guān)單刀雙匝2導(dǎo)線連接若干附錄2下圖中：MR為清零端，PL為置數(shù)端，UP為加計數(shù)器，DN為減計數(shù)器，TCU為非同步進(jìn)位輸出端，TCD為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3、為計數(shù)輸入端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。圖6-1 74LS192

13、管腳圖表6-2 74LS192功能表輸入輸出MRPLTCUTCDP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba011xxxx加計數(shù)器011xxxx減計數(shù)器圖6-2 CD4511管腳圖其功能如下： BI腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT腳是測試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE為鎖定控制端，當(dāng)LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。A、B、C、D為8421BCD碼輸入端。 QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。表6-3 CD4511真值表輸入輸出LEB1LTDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱011000011111100011000101100001011001011011012011