籃球24秒計(jì)時(shí)器(數(shù)電)

1、 目錄摘 要1第1章 緒論21.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)背景21.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求21.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)21.2.2 基本要求及目標(biāo)2第2章 電路框圖及工作原理32.1 設(shè)計(jì)方案32.2 電路框圖3第3章 單元電路的設(shè)計(jì)53.1 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)53.2 數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)73.3 秒脈沖的設(shè)計(jì)93.4 控制開關(guān)電路的設(shè)計(jì)103.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)113.6 整機(jī)工作原理11第4章 電路仿真13結(jié) 論17參考文獻(xiàn)18附錄1 籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器總電路原理圖19附錄2 元器件清單20I摘 要 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)步入了信息時(shí)代，人們的生活水平在逐步提高，因而對(duì)電子產(chǎn)品提出了更高的要求?；@球競(jìng)賽

2、24秒計(jì)時(shí)器可用于籃球比賽中對(duì)球員持球時(shí)間24秒限制。不僅能進(jìn)行時(shí)間追蹤，還具有直接清零、啟動(dòng)、暫停、連續(xù)以及光電報(bào)警功能，同時(shí)采用七段數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間，可以方便的實(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(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在社會(huì)生活中也具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。計(jì)時(shí)器主要是由計(jì)時(shí)電路、控制電路、以及譯碼顯示電路3個(gè)部分組成。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能方便、快捷。 關(guān)鍵字 計(jì)時(shí)器；光電報(bào)警；七段數(shù)碼管；電路第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)意義 隨著信息時(shí)代的到來(lái)，電子技術(shù)在社會(huì)生活中發(fā)揮這越來(lái)越重要的作用，運(yùn)用模電和數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品成為社會(huì)生活中不可缺少的一部分，特別是在各種競(jìng)技運(yùn)動(dòng)中，定時(shí)器成為檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的一

3、個(gè)重要工具。例如，在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時(shí)間不能超過(guò)24秒，否則就犯規(guī)了。此次設(shè)計(jì)的“籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器”就可用于籃球比賽中，用于對(duì)球員持球時(shí)間24秒限制。一旦球員的持球時(shí)間超過(guò)了24秒，它就自動(dòng)報(bào)警從而判定此球員的犯規(guī)。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1.顯示24秒計(jì)時(shí)功能。2.設(shè)置外部操作開關(guān)控制計(jì)時(shí)器直接清零、啟動(dòng)、暫停/連續(xù)功能。3.計(jì)時(shí)器為24秒遞減計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)間隔為1秒。4.遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。1.2.2 基本要求及目標(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.寫出完整、詳細(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)

4、告。第2章 電路框圖及工作原理2.1 設(shè)計(jì)方案方案一：采用計(jì)數(shù)器74LS192作為核心部分。同時(shí)選擇74LS48作為BCD碼譯碼器來(lái)對(duì)7段數(shù)碼顯示管進(jìn)行譯碼驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)七段數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。采用555計(jì)時(shí)器制成的多諧振蕩器，進(jìn)行秒脈沖的輸入。因?yàn)槲覀冃枰獙?duì)其進(jìn)行暫停、清零、報(bào)警等控制，所以我們使用了兩個(gè)開關(guān)來(lái)控制計(jì)數(shù)器的各功能的實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)各種功能。方案二：采用單片機(jī)AT89S51作為核心部分，編寫程序。用74LS48和7段數(shù)碼顯示管組成顯示電路。采用三個(gè)開關(guān)控制啟動(dòng)、暫停、清零、報(bào)警從而實(shí)現(xiàn)各種功能。在兩個(gè)方案中，單片機(jī)價(jià)格比較貴，編寫程序繁瑣，原理說(shuō)明性不夠強(qiáng)，所以在本次設(shè)計(jì)采用方案一。

5、2.2 電路框圖24秒倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器的方案框圖如圖2-1所示。它是由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和控制電路等五個(gè)部分組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成24秒計(jì)時(shí)功能，控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)功能，譯碼顯示電路完成數(shù)字顯示功能，報(bào)警電路產(chǎn)生光電報(bào)警功能。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)作為電路的定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，其電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩其構(gòu)成?？刂齐娐酚?jì)數(shù)器報(bào)警電路譯碼顯示秒脈沖發(fā)生器圖2-1 24秒計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖控制電路手動(dòng)置數(shù)計(jì)數(shù)器，譯碼顯示電路出現(xiàn)顯示，秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生秒脈沖刺激計(jì)數(shù)器遞減，隨

6、之譯碼顯示電路遞減。暫停/連續(xù)時(shí)，控制電路控制秒脈沖發(fā)生器暫停/連續(xù)秒脈沖，隨之計(jì)數(shù)器和譯碼顯示停止/連續(xù)工作。譯碼顯示為零時(shí)觸發(fā)報(bào)警電路產(chǎn)生報(bào)警。第3章 單元電路的設(shè)計(jì)3.1 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)便，74LS192是十進(jìn)制可編程同步加法計(jì)數(shù)器，它采用8421碼十進(jìn)制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加減計(jì)數(shù)功能。圖3-1是74LS192引腳排列。圖中CU、CD分別是加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。PL是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效），TCU和TCD是進(jìn)位、借位輸出端（低電平有效），MR是異步清零端，P3-P0是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q3-Q0

7、是輸出端。圖3-1 74LS192的引腳排列74LS192的功能表見表3-1所示。表 3-1 74LS192功能表輸入輸出MRCUCDP0P1P2P3Q0Q1Q2Q31×××××××000000××abcdabcd011××××加計(jì)數(shù)011××××減計(jì)數(shù)當(dāng)PL=1，MR=0時(shí)，若時(shí)鐘脈沖加到端CU，且CD =1則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計(jì)數(shù)功能，當(dāng)加計(jì)數(shù)到9時(shí)，TCU端發(fā)出進(jìn)位下跳變脈沖；若時(shí)鐘脈沖加到CD端，且CU=1，

8、則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計(jì)數(shù)功能，當(dāng)減計(jì)數(shù)到0時(shí)，TCD 端發(fā)出借位下跳變脈沖。由74LS192構(gòu)成的二十四進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器如下圖3-2所示。圖3-2 8421BCD二十四遞減計(jì)數(shù)器其預(yù)置數(shù)為N=（00100100）= (24)10。在CD端的輸入時(shí)鐘脈沖作用下，開始遞減。只有當(dāng)?shù)臀?TCD 端發(fā)出借位脈沖時(shí) , 高位計(jì)數(shù)器才作減計(jì)數(shù)。當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器處于全零 , 完成一個(gè)計(jì)數(shù)周期，然后手動(dòng)置數(shù)PL=0, 計(jì)數(shù)器完成置數(shù) ,再次進(jìn)入下一循環(huán)減計(jì)數(shù)。3.2 數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求采用74LS48譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼顯示管。74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器，常用在各種數(shù)

9、字電路和系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。74LS48和共陰極七段LED顯示器如圖3-3連接。這樣連接74LS48可直接驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管而不需像CC4511外接限流電阻。圖3-3 顯示電路74LS48輸入信號(hào)為BCD碼，輸出端為a、b、c、d、e、f、g共7線，另有3條控制線。為測(cè)試端，低電平有效，當(dāng)=0時(shí)，無(wú)論輸入端A、B、C、D為何值，ag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(cè)試器件。為滅零輸入端,低電平有效。在=1， =0，且譯碼輸入為0時(shí)，該位輸出不顯示，即0字被熄滅。但當(dāng)譯碼輸入不全為0時(shí)，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。BIRBI是一個(gè)特殊的端口，有時(shí)作用于輸入，有時(shí)

10、作用于輸出，在這里不多做介紹。74LS48功能表見表3-2。輸入輸出字形數(shù)字A B C DBI/RBOa b c d e f g012345678911111111111XXXXXXXXX0 0 0 01 0 0 00 1 0 01 1 0 00 0 1 01 0 1 00 1 1 01 1 1 00 0 0 11 0 0 111111111111 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0

11、 1 10123456789消隱脈沖消隱燈測(cè)試X10X0XXXXX0 0 0 0XXXX0010 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 18表3-2 74LS48的功能表七短數(shù)碼管的引腳圖如圖3-4所示，在使用時(shí)要注意是共陽(yáng)還是共陰，其中3腳和8腳相連為公共端，因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)是使用的共陰極數(shù)碼管，所以在電路中接地，6腳為小數(shù)點(diǎn)引腳，在設(shè)計(jì)中沒(méi)要求不需要對(duì)其處理。圖3-4 七短數(shù)碼顯示管的引腳圖3.3 秒脈沖的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，電路需要產(chǎn)生間隔為一秒的時(shí)間脈沖，完成正確的計(jì)數(shù)功能。所以選擇NE555定時(shí)器來(lái)設(shè)計(jì)此電路。從而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖。NE555定時(shí)器是一種中

12、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(lái)方便。只要在外部配上幾個(gè)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(hào)產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂(lè)器等方面有廣泛的應(yīng)用。引腳功能： TH：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱低觸發(fā)端， CVO：控制電壓端，OUT：輸出端。DIS：放電端，RES：復(fù)位端。工作原理見表3-3表3-3 555定時(shí)器控制功能表輸 入輸 出THRESOUTDIS××LL導(dǎo)通<VCC<VCCHH截止<VCC>VC

13、CH不變不變>VCC×HL導(dǎo)通用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供脈沖，如圖3-5 所示。R2、R5和C1為外接定時(shí)元件，高、低電平觸發(fā)輸入端項(xiàng)鏈并接到定時(shí)電容C1上，R1和R2的節(jié)點(diǎn)與放電端相連，電壓控制端不用，通常接0.01uF電容C2。接通電源后，VCC通過(guò)R2、R5對(duì)C1充電，DIS上升。開始時(shí)DIS<VCC，即高電平觸發(fā)端TH<VCC，低電平觸發(fā)<VCC，定時(shí)器置位，放電管截止。隨后DIS越充越高，當(dāng)DIS>VCC，高電平觸發(fā)端TH>VCC，低電平觸發(fā)端>VCC，定時(shí)器復(fù)位，放電管飽和導(dǎo)通，C1通過(guò)R5放電，DIS下降。當(dāng)DI

14、S<VCC時(shí)，又回到高電平觸發(fā)端TH<VCC，定時(shí)器又置位，放電管截止，C1停止放電而重新充電。如此反復(fù)，形成振蕩波形提供脈沖。公式：Tw1=0.7 (R2 +R5) C1 Tw2=0.7R2 C1振蕩周期計(jì)算公式：T=0.7 (R2 +2R5) C11s圖 3-53.4 控制開關(guān)電路的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中需實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的暫停、復(fù)位和啟動(dòng)控制，為了簡(jiǎn)單，我們只需用一個(gè)開關(guān)來(lái)控制啟動(dòng)和復(fù)位功能。啟動(dòng)復(fù)位開關(guān)和74192的11腳相連即可。在這里，主要介紹暫停/連續(xù)開關(guān)的設(shè)計(jì)，因?yàn)?55產(chǎn)生秒脈沖全靠給C1充放電產(chǎn)生，所以只需中斷C1的充放電即可，所以在C1的另一端用一個(gè)開關(guān)控制接地，這就形成

15、了暫停/連續(xù)開關(guān)。3.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要產(chǎn)生光電報(bào)警，我們采用5個(gè)或門組成一個(gè)選擇電路，一個(gè)發(fā)光二極管產(chǎn)生光亮，一個(gè)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。如圖3-6所示圖 3-6或門OR1的輸入與高位74LS192的低兩位輸出端相連，OR2、OR3與低位74LS192輸出端相連。當(dāng)輸出端全部為低電平時(shí)OR5的輸出才為低電平，此時(shí)導(dǎo)通發(fā)光二極管和蜂鳴器，產(chǎn)生光電報(bào)警信號(hào)。3.6 整機(jī)工作原理籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器主要是由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報(bào)警電路組成。控制電路直接控制計(jì)數(shù)器啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。由附錄1可見圖中有SW1和SW2兩個(gè)開關(guān)，SW1為

16、置數(shù)，SW2為暫停。SW1閉合，74LS192被置數(shù)，顯示電路出現(xiàn)數(shù)字24。完成置數(shù)后斷開SW1，啟動(dòng)計(jì)時(shí)。若此時(shí)秒脈沖電路的SW2為斷開，則產(chǎn)生連續(xù)秒脈信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器，數(shù)碼管上的數(shù)字就會(huì)自動(dòng)減1，閉合SW2，秒脈沖暫停，計(jì)數(shù)遞減暫停，斷開SW2又恢復(fù)計(jì)數(shù)遞減，這就實(shí)現(xiàn)了暫停/連續(xù)功能。在計(jì)數(shù)遞減的同時(shí)，74LS192的8個(gè)輸出端也隨之產(chǎn)生高低電平變化來(lái)控制報(bào)警電路5個(gè)或門的高低電平的變化。由附錄1可見，5個(gè)或門的排列必須當(dāng)74LS192的8個(gè)輸出全為低電平時(shí)，換而言之，就是計(jì)數(shù)到零時(shí)，或門最后一個(gè)輸出的才是低電平，從而觸發(fā)發(fā)光二極管和蜂鳴器，產(chǎn)生亮光和警報(bào)聲，達(dá)到了光電報(bào)警的。第4章 電路

17、仿真本次設(shè)計(jì)采用的是protues軟件仿真，它是一種功能強(qiáng)大的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供智能原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)、SPICE模擬電路、數(shù)字電路及MCU器件混合仿真系統(tǒng)和PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能。其不僅可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)的電路分析實(shí)驗(yàn)、模擬電子線路實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)等，而且可以仿真嵌入式系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。Proteus提供了大量的元件庫(kù)，有RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件等。在編譯方面，它也支持Keil和MPLAB等多種編譯器。現(xiàn)在我們用Proteus進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如下1.計(jì)時(shí)預(yù)備階段如圖4-1圖 4-1 計(jì)時(shí)預(yù)備階段閉合SW1，斷開SW2啟動(dòng)仿真軟件，此時(shí)74L

18、S192開始工作，高位74LS192輸入0010，低位74LS192輸入0100，通過(guò)74LS48譯碼，數(shù)碼管顯示出了24秒的字樣，進(jìn)入計(jì)時(shí)預(yù)備階段。2.計(jì)時(shí)階段如圖4-2圖 4-2 計(jì)時(shí)階段 斷開SW1進(jìn)入計(jì)時(shí)階段，由555產(chǎn)生秒脈沖，從Q端傳送到低位74LS192的DN端。個(gè)位數(shù)碼管從4開始遞減，當(dāng)個(gè)位遞減0時(shí)又通過(guò)低位74LS192的TCD端傳送到高位74LS192的DN端，十位的數(shù)字減1。如此周而復(fù)始的循環(huán)形成倒計(jì)時(shí)。3.暫停連續(xù)功能的實(shí)現(xiàn)如圖4-3圖 4-3 暫停/連續(xù)功能實(shí)現(xiàn)在計(jì)時(shí)階段中，由SW2來(lái)控制暫停/連續(xù),閉合SW2，555秒脈沖暫停，低位74LS192停止工作，數(shù)碼管遞減

19、停止，反之又閉合SW2,555秒脈沖繼續(xù)進(jìn)行，低位74LS192繼續(xù)工作，數(shù)碼管重新開始遞減，又進(jìn)入計(jì)時(shí)。4.電路報(bào)警如圖4-4圖 4-4 電路報(bào)警計(jì)數(shù)到零時(shí)高位和低位74LS192的八個(gè)輸出端為低電平，傳輸?shù)交蜷T組成的選擇電路。因?yàn)槿繛榈碗娖剿曰蜷T的最后輸出為低電平，于是LED燈、蜂鳴器導(dǎo)通，產(chǎn)生光電報(bào)警信號(hào)。結(jié) 論本設(shè)計(jì)主要通過(guò)電路板塊的思想，逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需達(dá)到的功能要求；時(shí)鐘模塊為減計(jì)數(shù)提供一個(gè)頻率為1HZ的脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)間隔為1秒鐘；計(jì)數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達(dá)到能顯示減計(jì)數(shù)功能；報(bào)警模塊是為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)減計(jì)數(shù)到零時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)；控制模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)

20、、置數(shù)、暫停/連續(xù)功能，其中啟動(dòng)、置數(shù)由SW1開關(guān)來(lái)完成，通過(guò)SW2開關(guān)從而實(shí)現(xiàn)斷定計(jì)時(shí)功能。至此，本設(shè)計(jì)完成所有任務(wù)及要求。 結(jié)束語(yǔ)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我獲益匪淺，使我嘗到了將所學(xué)的知識(shí)用于實(shí)踐的喜悅和成就感。我將課本理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，按照書本上的知識(shí)和老師講授的方法，首先分析研究此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，然后分析選出方案做出設(shè)計(jì)，再進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)。在其中遇到一些不解和疑惑的問(wèn)題時(shí)首先自己分析，再認(rèn)真向老師詢問(wèn)請(qǐng)教，和老師一起探討解決，最終完成了此次設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)制作的籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器是一個(gè)實(shí)用性設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的成功不僅為所學(xué)的專業(yè)課程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高了我們對(duì)分析與解決問(wèn)題的能力，也在研究與電子