籃球競賽30S計時器課設報告

1、百度文庫讓每個人平等地提升自我右g衣?去珍課程設計說明書課程設計名稱:數(shù)字電路課程設計課程設計題目:籃球競賽30S計時器學院名稱:信息工程學院專業(yè)：通信工程學號：評分：班級：姓名：教師：20年月日百度文庫讓每個人平等地提升自我數(shù)字電路課程設計任務書20132014學年第1學期第2周一3周題目籃球競賽30S計時器內容及要求K基本要求X1）具有顯示30S計時功能2）設置外部操作開關，控制計數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)功能3）在直接清零時，要求數(shù)碼顯示器滅燈4）計時器為30s遞減計時，計時間隔為1S5）計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能火燈，同時發(fā)出光電報警信號R主要參考元器：N綜合555（1

2、）,741sl61（l）,74LS192（2）進度安排1 .仿真、畫PCB線路板圖、領元器件：2天；2 .制作、焊接：2天3 .調試：3天4 .驗收：1天5 .提交報告：2013-2014學年第一學期3周學生姓名：指導時間：第23周指導地點：E樓607室任務下達2013年9月7日任務完成2013年9月22日考核方式1.評閱J2.答辯J3.實際操作口V4.其它口指導教師系（部）主任注：一、此表一組一表二份，課程設計小組組長一份；任課教師講課時自帶一份備查。二、課程設計結束后與“課程設計小結”、“學生成績單”一并交院教務存檔。摘要籃球30s計時器是對實際籃球比賽中24s計時器的拓展，本課程設計的3

3、0s計時器主要由脈沖發(fā)生電路、時序控制電路、計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器及報警電路構成。采用30s倒計時的計時方式，功能完備，具有可直接置數(shù)、清零、暫停/繼續(xù)和報警的特點。可應用于籃球比賽中對進攻時間的計時控制及其他各類需要倒計時的場合進行跟蹤計時。關鍵詞：時序；計數(shù)；譯碼8目錄前言0第一章電路組成與工作原理11.1籃球競賽30s計時器的系統(tǒng)組成11.2籃球競賽30s計時器的工作原理1第二章單元電路設計與計算22.1秒脈沖發(fā)生電路22.3譯碼電路32.4控制電路42.4.1置數(shù)控制電路42.4.2清零控制電路52.4.3暫停/繼續(xù)控制電路52.5報警電路5第三章電路調試與改良73.1 秒脈沖發(fā)生

4、電路的調試73.2 譯碼顯示電路的調試73.3 控制電路的改良8第四章總結9參考文獻10附錄一元件清單11附錄二總電路圖12附錄三電路實物圖1352名C14百度文庫讓每個人平等地提升自我前言信息社會的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的進步，計時器就是工業(yè)發(fā)展道路上進步的產(chǎn)物。計時器可以實現(xiàn)對某個功能電路作歷時間的控制，在時間達到的時候產(chǎn)生報警信號。可置數(shù)，還可暫停和啟動，工作時可以清零從頭計時，功能多樣，是計時控制的重要工具。計時器在實際工作頂用到的場合很多，它成為今天工業(yè)控制領域、通信設備、信息處置中利用最普遍的電路之一。在很多領域都需要幾個乃至上自個按時電路去控制多項操作，如數(shù)控電梯、數(shù)控機床、各類智能

5、醫(yī)療器械等方面，實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動化，提高勞動生產(chǎn)率，最終增進經(jīng)濟的發(fā)展。在日常生活中也不乏計時器的身影，如體育比賽中的按時報警器、游戲中的倒時器、交通信號燈中的時間控制器等無一不是計時器的控制。在實際籃球比賽中規(guī)定一方持球的時間不得超過24s,計時器倒計時即可以達到在這24s內對時間的控制，需要時可以暫停計時也可和時繼續(xù)計時，當一方持球超過24s時，計時器產(chǎn)生報警信號，新一輪的計時乂可以清零置數(shù)開始倒計時。而籃球競賽30s計時器就是對實際籃球比賽計時器的模擬拓展，將24s改成30s,因此實現(xiàn)的功能與實際籃球比賽中的計時器功能一致。16第一章電路組成與工作原理1. 1籃球競賽30s計時器的系

6、統(tǒng)組成籃球競賽30s計時器是對實際籃球競賽24s計時的拓展設計,置數(shù)后即可倒計時,計時進程中可暫停/繼續(xù)還可以清零，到倒計時為0時產(chǎn)生報警信號，完成一個功能計時周期。為實現(xiàn)以上功能，整個電路可分為脈沖發(fā)生電路、時序控制電路、計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器及報警電路六個部份。圖1.1原理框圖2. 2籃球競賽30s計時器的工作原理計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部份，計數(shù)器通過秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒信號實現(xiàn)計時功能，而控制電路控制計數(shù)器的置數(shù)、暫停、啟動和清零功能。當按下置數(shù)開關時,計數(shù)器完成置數(shù)，數(shù)碼管顯示“30”字樣并開始倒計時;當?shù)褂嫊r為“00”時,發(fā)光二極管亮發(fā)生報警信號。在計時的進程中，按下暫停/

7、繼續(xù)開關可切斷“嗷器與脈沖發(fā)生器的聯(lián)系使計數(shù)器停止計數(shù)，從而實現(xiàn)計時的暫停，再次按下暫停/繼續(xù)開關即可繼續(xù)計時。計時進程中如有需要可以按下清零開關即可清零，再置數(shù)后可以達到從頭計時的效果。第二章單元電路設計與計算3. 1秒脈沖發(fā)生電路脈沖發(fā)生電路是計數(shù)器計數(shù)的前提，其主要作用是產(chǎn)生一個周期恒定的脈沖信號，本次設計將采用NE555按時器組成一個較穩(wěn)定的多諧振蕩器。多諧振蕩器乂稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后,通過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉到另一暫穩(wěn)態(tài)，兩個暫穩(wěn)態(tài)自行彼此轉換而從引腳3輸出一矩形波。圖2.1脈沖發(fā)生電路圖圖2.1所示是由555按時器組成的

8、多諧振蕩器,R、R2和C2是外接元件。由于要產(chǎn)生周期為Is的脈沖信號，振蕩器的周期計算公式為T=0.7*(R1+2*R2)*C2(1)C2設為參數(shù)為10NF的電解電容，將R1與R2的阻值設為15kQ和68kQ,則振蕩器輸出脈沖信號的周期為1.0577s約為1s。2.2減計數(shù)電路該部份電路的主要功能是對之前產(chǎn)生的脈沖進行計數(shù)，利用兩片74LS192進行設計，其主要功能如下表。表2174LS192主要功能表9CP。PLMR操作XX00置數(shù)t110加計數(shù)110減計數(shù)XXX1清零注釋：為減計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效）C2為加計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效）互為異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）MR為異步清除

9、端由于74LS192為十進制計數(shù)器，置數(shù)端D3D2D1D0通過接高低電位可進行其他置數(shù)，故可將兩片74LS192組成可預置數(shù)的三十進制遞減計數(shù)器，計數(shù)器的十位接成三進制，計數(shù)器的個位數(shù)接成十進制。由表21可以看出，當瓦二1,MR=0,3產(chǎn)1時,若是有時鐘脈沖加到C分端，則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上進行加法計數(shù)，當計數(shù)到9時，進位輸出端TCU端輸出進位下降沿跳變脈沖；當瓦二1,MR二0,C卅二1時，若是有時鐘脈沖加到C2端，則計數(shù)器在預置數(shù)的基礎上進行減法計數(shù)，當計數(shù)到0時.，借位輸出端TCD端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設計出三十進制減法計數(shù)器,Q0-Q3別離接到對應的譯碼器的輸入端，CE）端接到

10、秒脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端。圖中預置數(shù)為N=（00110000）84218m=（30）10（2）當?shù)臀挥嫈?shù)器的借位輸出端TCD輸出借位脈沖時，高位計數(shù)器才開始進行減法計數(shù)。當計數(shù)到高、低位計數(shù)器都為零時，高位計數(shù)器的借位輸出端TCD輸出借位脈沖,當控制電路使置數(shù)端瓦：二0時，計數(shù)器置數(shù)，在C匕端輸入脈沖的作用下，進行下一循環(huán)的減法計數(shù)。電路如圖2.2所示。圖2.2減計數(shù)電路2.3譯碼電路由于譯碼顯示選用的是共陰極數(shù)碼管，故采用4線一七段譯碼器74LS48。74LS48芯片是一種有內部上拉電阻的常常利用的七段數(shù)碼管譯碼器/驅動器，常被使用在各類數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。當要求輸出015時，

11、消隱輸入可應為高電平或開路，特別的，當輸出為。時還要求脈沖消隱輸入麗為高電平或開路，在實際電路設計中為使電路穩(wěn)定該端接高電平而不懸空。當可為低電平時，不論其它輸入端狀態(tài)如何，QAQG均為低電平。按照這一特點，在設計電路中，譯碼顯示時，使可接高電平，而要達到清零后數(shù)碼管滅燈的要求即可在該端接一個反相器。撥動清零開關時高電平經(jīng)反相器變成低電平輸入到可端，則譯碼器輸出全為低電平，所接的共陰極數(shù)碼管則滅燈。具體電路如圖2.3所示，ABCD為譯碼地址輸入端。圖2.3譯碼顯示電路2.4控制電路控制電路決定整個設計中輔助功能的實現(xiàn)，包括置數(shù)控制，清零控制和暫停/繼續(xù)功能控制。為保證系統(tǒng)的設計要求，在控制電路

12、設計中，正確處置各電路之間的時序關系是設計的關鍵。2.4.1置數(shù)控制電路可預置數(shù)主要在于控制74LS192芯片的置數(shù)端瓦，由表21可知，瓦;為低電平有效輸入端，故當在該端輸入低電平時，計數(shù)重視新置數(shù)。用一個B鍵實現(xiàn)高低電平的轉換來進行控制，當計數(shù)器計數(shù)時，瓦:接高電位，而需要置數(shù)時，按下B鍵,則直端接低電平即可置數(shù)，B鍵彈開后，瓦回到高電位，計數(shù)器乂開始計數(shù)。圖2.4置數(shù)控制電路2.4.2清零控制電路直接清零功能添加在計數(shù)器模塊，由于74LS192的MR端具有清零的功能，由表21可看出當MR接高電平時，計數(shù)器清零。實際電路中，利用一個單刀雙擲開關，當計數(shù)器正常計數(shù)時，單刀雙擲開關接地，即MR為

13、低電平計數(shù)，而單刀雙擲開關接高電平時，即MR為高電平，則計數(shù)器清零，同時高電平經(jīng)反相器變成低電平輸入譯碼器，使譯碼器輸出全為低電平而使顯示數(shù)碼管滅燈。考：，:,二?>'.,?>,考：，:考考：恁:。:學學：恁:II''''"、.SW2至74LS192的MR費與反相署的給入道:B彳SW-SPD.T STEXT>.40k TEXT，圖2.5清零控制電路2. 4.3暫停/繼續(xù)控制電路要達到暫停/繼續(xù)的功能可通過對計數(shù)器輸入的脈沖輸送進行控制。選用三輸入的與非門74LS10作為主控芯片，從555組成的多諧振蕩電路的輸出端接至74LS1

14、0的輸入端1腳，當計數(shù)器計數(shù)時，2和13腳接高電平，12腳輸出則隨1腳輸入的脈沖信號而轉變，從而6腳的輸出即為從1腳輸入的脈沖信號，該信號輸入到74LS192,計數(shù)器計數(shù)。當單刀雙擲開關接地，第一個與非門輸出高電位，從而第二個與非門的輸出維持低電平，無脈沖信號，計數(shù)器不計數(shù)實現(xiàn)暫停功能，當開關置回高電平計數(shù)器則會繼續(xù)計數(shù)。圖2. 6暫停/繼續(xù)控制電路3. 5報警電路報警信號一般利用蜂鳴器發(fā)聲報警，由于該電路利用蜂鳴器實現(xiàn)報警會使電路變得復雜而不直觀，為簡化電路，采用發(fā)光二極管發(fā)出的光信號報警的方式設計電路。當?shù)臀挥嫈?shù)器的借位輸出端TCD輸出借位脈沖，即74LS192計數(shù)器的個位遞減為“0”時，

15、高位計數(shù)器才開始進行減法計數(shù)，當高位也減為“0”時，按照74LS192芯片的功能可知該芯片的借位輸出端TCD為低電平有效，故高位計數(shù)器的TCD端輸出低電平。如圖2.7所示，發(fā)光二極管的負極接低電平，此時發(fā)光二極管完，即可實現(xiàn)計數(shù)器倒計數(shù)到“00”時，發(fā)光二極管亮，發(fā)出光電報警信號。第三章電路調試與改良由于實際利用的芯片可能類型不同，各芯片之間的銜接存在一些問題，這對電路的最終功能的實現(xiàn)有著重要的影響，所以對電路的調試十分重要。本課題是設計一個計時器，故時基電路即脈沖信號發(fā)生電路在本設計中相當重要，而其他各部份電路的輔助控制電路決定著系統(tǒng)最終各項功能的實現(xiàn)，這些都是調試的重點。4. 1秒脈沖發(fā)生

16、電路的調試通過555按時器、RC阻容件組成的多諧振蕩器，C2為10NF的電解電容，R1為15kQ,R2為68kQ,振蕩器輸出脈沖信號的周期約為1秒。把555產(chǎn)生的信號接到示波器,應用示波器的菜單功能查看該信號的周期，調節(jié)電位器使得輸出的信號的頻率為1Hz。觀察波形，發(fā)現(xiàn)過沖現(xiàn)象較為嚴重，干擾較多。檢查電路無誤，經(jīng)查閱資料，發(fā)現(xiàn)555按時器5腳懸空容易受到干擾。于是將555按時器5腳和GND之間接上一個lOOnF的電容。再次觀察波形，過沖現(xiàn)象消除，波形穩(wěn)定。圖3.1秒脈沖信號波形圖5. 2譯碼顯示電路的調試電路焊接完畢檢測后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示燈太克，判定是因為流入數(shù)碼管的電流過大的原因。查閱資料得

17、知，數(shù)碼管的限流電阻可以在100。一10k。之內，為避免電流太大而燒壞數(shù)碼管，也不致使數(shù)碼管顯示過于暗淡，最終決定在每一個譯碼器輸出端與數(shù)碼管的輸入端之間接入200Q的限流電阻。經(jīng)檢測，接入200。的限流電阻后，數(shù)碼管的亮度有明顯減弱，亮度適中。3.3控制電路的改良在置數(shù)功能電路設計中，原先選用的單刀雙擲開關，置數(shù)時，單刀雙擲開關接低電平實現(xiàn)置數(shù)功能，要開始”數(shù)還得把開關撥回接高電平狀態(tài)，這樣利用不方便，改良電路中利用了一個B鍵代替單刀雙擲開關。當按下B鍵，74LS192的互端接低電平置數(shù)，松開手則回到高電平狀態(tài)，計數(shù)器開始計數(shù)。電路改良后，置數(shù)后計數(shù)只需一個動作即可完成，方便利用者從頭置數(shù)。

18、焊接好的電路暫停/繼續(xù)功能存在較大問題，暫停計時的狀態(tài)與繼續(xù)計時的狀態(tài)不持續(xù)會產(chǎn)生跳變。當暫停/繼續(xù)開關接地時，計數(shù)器暫停，但當開關從頭接回高電位時，計時器不從原先暫停的時間繼續(xù)，如在“24”秒時暫停，計時器可能從“20”秒繼續(xù)計時。經(jīng)分析，產(chǎn)生該問題的原因可能是因為撥動開關時的抖動給電路帶來影響，使信號發(fā)生了多次翻轉致使計時不持續(xù)。為了消除開關處的抖動，提出了兩個方案。方案一是在單刀雙擲的中端與它的連接端接入一個斯密特觸發(fā)器，經(jīng)檢測該方案效果不明顯。方案二是在單刀雙擲開關的兩極各并聯(lián)了一個10nF的電容，經(jīng)檢測，改良后的電路有了明顯的改善，繼續(xù)計時后不持續(xù)計時的情況的概率降低了。最終采用了方案二對按鍵進行消抖。第四章總結本設計主要通過模塊化思想，慢慢設計所需達到的功能電路。按如實驗結果，本設計方案完成了設計的大體要求，總的來講該方案是十分可行的，電路結構簡單，層次清楚，結果符合要求。同時在電路設計中還存在著許多不足的地方。由于產(chǎn)生的脈沖信號不易維持和產(chǎn)生的秒脈沖信號不夠穩(wěn)定和精準的原因還存在著計數(shù)時間不夠精準的缺點，經(jīng)分析，該問題的解決方式可以通過用分頻電路來代替555信號發(fā)生器來產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈