籃球24秒倒計(jì)時(shí)器

1、湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院湖南工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)資 料 袋 電氣與信息工程 學(xué)院（系、部） 20162017 學(xué)年第 1 學(xué)期 課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 黃卓冕 職稱 講師 學(xué)生姓名 謝富 專業(yè)班級(jí) 電氣工程1401 學(xué)號(hào)題 目 籃球比賽24秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì) 成 績 起止日期 2016 年 11 月 14 日 2016 年 11 月 18 日目 錄 清 單序號(hào)材 料 名 稱資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2課程設(shè)計(jì)說明書3課程設(shè)計(jì)圖紙張4總計(jì)資料56湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2016年 2017學(xué)年第 1 學(xué)期 電氣與信息工程 學(xué)院（系、部） 電氣工程

2、專業(yè) 1401 班級(jí)課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 籃球比賽24秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì) 完成期限：自 2016 年 11 月 14 日至 2016 年 11 月 18 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)一、籃球比賽24秒計(jì)時(shí)器（1）設(shè)計(jì)指標(biāo)1、具有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)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能；3、在直接清零時(shí)，要求數(shù)碼顯示器滅燈；4、計(jì)時(shí)器為24秒遞減時(shí),計(jì)時(shí)間隔為1秒；5、計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)；6、將24秒遞減計(jì)時(shí)器改為24秒遞增計(jì)時(shí)器，試問電路要作哪些相應(yīng)的改動(dòng)。（2）設(shè)計(jì)要求1、畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2、元器件及參數(shù)

3、選擇；3、列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和時(shí)序波形；4、電路仿真與調(diào)試（用EWB軟件）。（3）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告寫出設(shè)計(jì)的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。二、設(shè)計(jì)工作量電子鐘電路設(shè)計(jì)說明書一份；電子鐘電路原理圖一份；籃球比賽24秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)說明書一份；籃球比賽24秒計(jì)時(shí)器原理圖一份；進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容2016.11.14講授設(shè)計(jì)的一般步驟和方法、設(shè)計(jì)的要求、布置設(shè)計(jì)題目。2016.11.15-17學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)2015.11.18學(xué)生修改、打印設(shè)計(jì)報(bào)告主要參考資料1 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分（第五版） 高等教育出版社 2007年2 歐偉明. 實(shí)用數(shù)字電子技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，20123 陸應(yīng)

4、華. 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程. 北京：國防工業(yè)出版社，20054 李忠波等. 電子技術(shù)仿真與實(shí)踐. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書籃球比賽24秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)起止日期： 2016 年 11 月 14 日 至 2016 年 11 月 18 日學(xué)生姓名謝 富班級(jí)電氣工程1401學(xué)績指導(dǎo)教師(簽字)電氣與信息工程學(xué)院（部）籃球比賽24秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的及要求一、設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)指標(biāo)1、具有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)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能。3、在直接清零時(shí)，

5、要求數(shù)碼顯示器滅燈。4、計(jì)時(shí)器為24秒遞減時(shí), 計(jì)時(shí)間隔為1秒。5、計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。6、將24秒遞減計(jì)時(shí)器改為24秒遞增計(jì)時(shí)器，試問電路要作哪些相應(yīng)的改動(dòng)。它包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時(shí)序控制電路（簡稱控制電路）和報(bào)警電路等五個(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，而控制電路是控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)和暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈等功能。為保證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系：1操作直接清零開關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。2當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)閉合

6、時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖時(shí)鐘信號(hào)CP（秒脈沖信號(hào)），同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，數(shù)碼顯示器顯示24秒字樣；當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。3當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)閉合時(shí)，控制電路封鎖時(shí)鐘信號(hào)CP，計(jì)數(shù)器處于鎖存狀態(tài)；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)斷開時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。（2）設(shè)計(jì)要求1、畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2、元器件及參數(shù)選擇；3、列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和時(shí)序波形。4、電路仿真與調(diào)試（用EWB軟件）；設(shè)計(jì)任務(wù)一、計(jì)時(shí)器概述1、計(jì)時(shí)器的特點(diǎn)及應(yīng)用 在許多領(lǐng)域中計(jì)時(shí)器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時(shí)報(bào)警器、游戲中的倒時(shí)器，交通信號(hào)燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機(jī)，還可以用來做為各種藥丸、藥片，膠囊在指定時(shí)間提醒用

7、藥等等，由此可見計(jì)時(shí)器在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用是相當(dāng)普遍的。 在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時(shí)間不能超過24秒，否則就違例了。本課程設(shè)計(jì)“智能籃球比賽倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)”，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)間超過了24秒，它自動(dòng)的報(bào)警從而判定此球員的違例。二、電路設(shè)計(jì)原理及單元模塊 1、設(shè)計(jì)原理 24秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如圖1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助時(shí)序控制電路（簡稱控制電路）等五個(gè)模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成24秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(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)、譯碼顯示電路的顯示與

8、滅燈、定時(shí)時(shí)間到報(bào)警等功能。  秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計(jì)對(duì)此信號(hào)要求并不太高，故電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。  譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報(bào)警電路在實(shí)驗(yàn)中可用發(fā)光二極管代替。                主體電路： 24秒倒計(jì)時(shí)。24秒計(jì)數(shù)芯片的置數(shù)端清零端共用一個(gè)開關(guān)，比賽開始后，24秒的置數(shù)端無效，24秒

9、的倒數(shù)計(jì)時(shí)器的倒數(shù)計(jì)時(shí)器開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，逐秒倒計(jì)到零。選取“00”這個(gè)狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截?cái)嘈盘?hào)，讓該信號(hào)與時(shí)鐘脈沖信號(hào)通過一個(gè)與門將時(shí)鐘截?cái)?，使?jì)時(shí)器在計(jì)數(shù)到零時(shí)停住。2、設(shè)計(jì)方案圖1、電路框圖總體電路說明：  倒計(jì)時(shí)功能主要是利用192計(jì)數(shù)芯片來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)利用反饋和置數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)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，到計(jì)時(shí)器到零時(shí)，通過停止控制電路使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并發(fā)出蜂鳴警報(bào)。3、單元模塊 3.1、所用各個(gè)芯片功能 3.1.1、555定時(shí)器555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變

10、換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖如右圖所示。圖2、555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可

11、使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。表61 555定時(shí)器的功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端TRQ放電管T功能0××0導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1101截止置11001截止置11110導(dǎo)通清零表1 555定時(shí)器的功能表3.1.2、74LS487448是7段顯示譯碼器,輸出高電平有效的譯碼器。工作電壓為5V，用于驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管，7448除了有實(shí)現(xiàn)8段顯示譯碼器基本功能的輸入（DC

12、BA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 功能或數(shù)字輸入 輸出 顯示字形abcdefg滅燈××××××00000000滅燈試燈0×××××111111118動(dòng)態(tài)滅燈10000000000000滅燈011000011111110011×000110110000121×001011101101231×001111111001341

13、15;010010110011451×010111011011561×011010011111671×011111110000781×100011111111891×1001111110119101×101010001101無效輸出111×101110011001121×110010100011131×110111001011141×111110001111151×111110000000表2、74LS48功能表 3.1.3、74LS19274LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙

14、時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示：圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下：操作×××1清零××00置數(shù)110加計(jì)數(shù)110減計(jì)數(shù)1110保持3.1.4、數(shù)碼管數(shù)碼管也稱LED數(shù)碼管，晶美、光電、不同行業(yè)人士對(duì)數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實(shí)都是同樣的產(chǎn)品。數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元，也就是多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)（DP）這個(gè)小數(shù)點(diǎn)可以更精確的表

15、示數(shù)碼管想要顯示的內(nèi)容；按能顯示多少個(gè)（8）可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不

16、亮。LED數(shù)碼管引腳定義3.2、各單元電路3.2.1、秒脈沖發(fā)生電路秒脈沖的產(chǎn)生由555定時(shí)器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所示。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，兩電阻阻值設(shè)置為20K與62K，使得555定時(shí)器產(chǎn)生周期為1s的脈沖。3.2.2、倒計(jì)時(shí)電路24秒倒計(jì)時(shí)電路。這部分電路的主體部分在時(shí)鐘脈沖的輸入情況下工作，下面進(jìn)行具體分析。計(jì)數(shù)器的倒計(jì)時(shí)功能。用兩片74LS192分別做個(gè)位（低位）和十位（高位）的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，將低位的借位輸出信號(hào)用作高位的時(shí)鐘脈沖，同時(shí)將外界時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸入到個(gè)位（低位）的down端，實(shí)現(xiàn)電路的倒計(jì)時(shí)功能。將兩片芯片的置數(shù)輸入端分別置為“2”與“4”，當(dāng)控制電路給予兩芯片置

17、數(shù)端低電平（有效電平）時(shí)，能使其置為“24”。同時(shí)將清零端接地。下圖為倒計(jì)時(shí)電路的具體電路3.2.3、控制電路 停止：我采用十位（高位）的借位輸出端作為停止電路的信號(hào)，當(dāng)數(shù)碼管顯示為“00”，即十位（高位）輸出均為低電平時(shí)，此時(shí)其借位輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，將其與秒脈沖信號(hào)發(fā)生電路的輸出端通過一個(gè)與邏輯，再通到個(gè)位（低位）的down端，此方法截?cái)嗔嗣朊}沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了停在“00”的功能。另外，當(dāng)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí)，十位（高位）借位輸出端始終保持高電平，當(dāng)其與秒脈沖信號(hào)發(fā)生電路的輸出端通過一個(gè)與邏輯，再通到個(gè)位（低位）的down端，并不影響秒脈沖的輸入。 置數(shù)：利用一個(gè)開關(guān)，及一個(gè)與非門，與非門一端

18、接高電平，另一端通過一個(gè)1k電阻再接高電平，同時(shí)接開關(guān)一段，開關(guān)另一端接地。與非門輸出端與兩塊74LS192的置數(shù)端LOAD相連。如圖當(dāng)開關(guān)J2斷開時(shí)，置數(shù)端為“1”，置數(shù)端無效，能正常計(jì)數(shù)，當(dāng)開關(guān)SW3閉合時(shí)，置數(shù)端為“0”，置數(shù)端有效，能置為“24”。3.2.4、報(bào)警電路當(dāng)電路顯示為“00”時(shí)，利用十位（高位）的借位輸出端為“0”加上一個(gè)非門實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的工作。如圖3.3、總電路圖由555定時(shí)器輸出秒脈沖與十位（高位）的借位輸出端經(jīng)過一個(gè)與邏輯輸入到計(jì)數(shù)器U2的down端，作為減計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)到0時(shí)，U2的(13)腳輸出借位脈沖使十位計(jì)數(shù)器U1開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“00”時(shí)，U1的(13)腳輸出借位脈沖輸出一個(gè)低電平，與555定時(shí)器輸出秒脈沖通過一個(gè)與門，從而截?cái)嗝朊}沖，使其停在“00”，同時(shí)，報(bào)警