鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院數(shù)電課設(shè)籃球24秒倒計(jì)時報告書解析

1、19課程設(shè)計(jì)報告課程名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：籃球比賽倒計(jì)時器專業(yè)：自動化班級：班學(xué)號：學(xué)生姓名：時間：年月日 月 日以下指導(dǎo)教師填寫分項(xiàng)成績：岀勤成品答辯及考核總成績：總分成績指導(dǎo)教師：蘇士美前言 TOC o 1-5 h z 第一章計(jì)時器概述31.1籃球競賽24秒計(jì)時器功能31.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求3第二章電路設(shè)計(jì)原理及單元模塊42.1設(shè)計(jì)框圖42. 2設(shè)計(jì)思路52.3元件選取與參數(shù)計(jì)算5第三章電路圖與工作原理113.1模塊電路113.2總設(shè)計(jì)（總電路圖）153.2工作原理16第四章安裝與調(diào)試174.1布線174.2電路的調(diào)試17第五章設(shè)計(jì)體會18參考文獻(xiàn)18前S數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是數(shù)字

2、電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個 環(huán)節(jié)，木次數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)在蘇士美老師的指導(dǎo)下我們小組完成了 籃球比賽24秒計(jì)時器，此計(jì)時器功能齊全，具有置數(shù)、啟動、連續(xù)、 暫停以及光電報警信號，可以運(yùn)用到實(shí)際比賽中去。然而，由于知識 限制，此次設(shè)計(jì)還有很多不完備之處，還望老師諒解并予以批評指正。第一章計(jì)時器概述1.1籃球競賽24秒計(jì)時器功能隨著籃球知識的普及和NBA比賽在中國的風(fēng)靡，籃球比賽24秒 計(jì)時器己經(jīng)被越來越多的人所熟知。在籃球比賽中，規(guī)定每方球隊(duì)一次進(jìn)攻時間不得超過24秒，否則被稱為24秒違例。本課程設(shè)計(jì)的“籃 球比賽24秒計(jì)時器”可以運(yùn)用到實(shí)際的比賽中對進(jìn)攻時間進(jìn)行24秒 的限制并具有自動報警功能

3、。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.2.1 要功能與指標(biāo)電路具有24.0秒時間顯不功能;系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時器的置數(shù)、啟動/連續(xù)和暫停功能；計(jì)數(shù)過程中，無論處于何種狀態(tài)，當(dāng)按下置數(shù)鍵時，技術(shù)重新開始；計(jì)時器為遞減計(jì)時，其計(jì)時間隔為0.1秒；當(dāng)計(jì)時器遞減計(jì)時到零時，顯示器顯示0,同時發(fā)出CP同步閃 爍報警信號；該電路可應(yīng)用于籃球比賽。1.2.2主要元器件及儀器設(shè)備可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192三片、七段譯碼器74LS48（內(nèi)有驅(qū)動） 三片、共陰極數(shù)碼管SM120501K三個、而輸入與非門74LSOO 片、 四輸入與非門74LS20 一片、六反相器74LS04 一片、555定時器一片、 開關(guān)三個、

4、電容若干、電阻若干，LED四個、實(shí)驗(yàn)板、萬用表。1.23設(shè)計(jì)成品要求2.課程設(shè)計(jì)報告1份2.制作成品一套第二章電路設(shè)計(jì)原理與單元模塊2.1設(shè)計(jì)框圖2. 2設(shè)計(jì)思路本課程設(shè)計(jì)是脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用，設(shè)計(jì)了籃球競賽24. O秒訃時器。此訃時器功能齊全，可以直接清零、啟動、暫停和連續(xù)以及具有光電報警功能， 同時應(yīng)用了七段數(shù)碼管來顯示時間。此計(jì)時器有了啟動、暫停和連續(xù)功能，可以 方便地實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)計(jì)時功能，當(dāng)計(jì)時器遞減到零時，會發(fā)出光電報警信號。本設(shè)訃 完成的中途計(jì)時功能，實(shí)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 活中也具有廣泛的實(shí)用價值?；@球競賽記時系統(tǒng)的主要功能包括：進(jìn)攻方24. O秒倒訃

5、時和計(jì)時結(jié)束警報 提示。攻方24. O秒倒計(jì)時，當(dāng)比賽準(zhǔn)備開始時，屏幕上顯示24. O秒字樣，當(dāng)比 賽開始后，倒訃時從24. O逐秒倒數(shù)到00. Oo這一模塊主要是利用雙向計(jì)數(shù)器 74LS192來實(shí)現(xiàn)；警報提示：當(dāng)計(jì)數(shù)器訃時到零時，給出提示音。這部分電路主 要通過移位寄存器和一些門電路來實(shí)現(xiàn)。此計(jì)時器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下3個組成，即計(jì)時模塊、控 制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計(jì)此計(jì)時器時，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè) 計(jì)起來更加簡單、方便、快捷。此電路是一時鐘產(chǎn)生，觸發(fā)，倒計(jì)時計(jì)數(shù)，譯碼 顯示、報警為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造主體電路和輔助電路兩個部分。2.3元件選取與參數(shù)計(jì)算

6、2.3.1元件列表與管腳圖1）輸入與非門74HCOO廚 殛 3B 3A 3?141?12 111098)74LSoO123456TLJI 1K-J L-JL-JI-JiL-JIAIBIY 2K2B2YGND圖3-1-1與非門74LSoO芯片引腳圖管腳功能表:1234567891011121314IAIBIY2A2B2YGND3Y3A3B4Y4A4BVCC2）雙時鐘可逆同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192計(jì)數(shù)器選用匯總規(guī)摸集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)較為簡便,74LS192姥十進(jìn)制可編程同步加鎖計(jì)數(shù)器，它采用8421碼二-十進(jìn)制編碼,并具冇應(yīng)接清零、S!數(shù).加領(lǐng)計(jì)數(shù)功能團(tuán)2-3 74LSl92外引腳

7、及時序波形國。圖中、（兀分別是加讓數(shù)、減計(jì)數(shù)的時鐘脈沖愉入端（上升沿有效九彷是界步并行盤數(shù)控制端（低ILf效） 帀.花分別是進(jìn)位借位輸出端C低電平有效 CR是異步淸零湍D3-D0是并行數(shù)據(jù)輸入股.Q3-Q0是 輸出端弓74192的功能表見卜表2-1所示。其工作原理是：當(dāng)LDf CR=O時,若時鐘脈沖加到端，上IC=I567.8BQB QADOWNUPQCQD GNDCAROODCDC LBCAV CLo1-151413Ul-74192圖2-3 74LS192外引腳及時序波形圖 719I19表2-174LS192功能表RnLDCPrrCPn功能1XXX清零00XX置數(shù)01t1加法計(jì)數(shù)011減法計(jì)

8、數(shù)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)至U 9肘.而端發(fā) 出進(jìn)位下跳變脈沖：若肘鐘脈沖加到端，且5 =1.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)至U O時.而 端發(fā)出借位下跳變脈沖。由 74LS192構(gòu)成的二十四進(jìn)制遞減讓數(shù)器如下圖2-4所示3）七段譯碼器74LS14874LS48輸入信號為BCD碼，輸出端為a、b、c、d、e、f、g共7線， 另有3條控制線。ZT端為測試端。在端接高電平的條件下，當(dāng)ZF = O時，無論 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，此功能用于測試器件。端為滅零輸入端。在RBl=條件下，當(dāng)輸入A、 B、C、

9、D=OOOO時，輸出ag全為低電平，可使共陰LED顯示器熄滅。但當(dāng)輸入 A、B、C、D不全為零時，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。RBo端為消隱 輸入端。該輸入端具有最高級別的控制權(quán)，當(dāng)該端為低電平時，不管其他輸入端 為何值，輸出端ag均為低電平，這可使共陰顯示器熄滅。另外，該端還有第 二功能滅零信號輸出端。當(dāng)該位輸入的A、B、C、D=OOOO時，此時輸出低電 平；若該位輸入的A、B、C、D不等于零，則輸出高電平。若將與配合使用，很 容易實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示時的滅零控制。功能輸入輸出、顯示或數(shù) 字LfRBiAA2AIAOBlIRBOabCdefg字形滅燈XXX00000000滅燈試燈0XXXX

10、X111111118動態(tài) 滅燈10000000000000滅燈O11000011111110011X000110110000121X001011101101231X001111111001341X010010110011451X010111011011561X011010011111671X011111110000781X100011111111891X1001111110119101X101010001101111X101110011001121X110010100011無效131X110111001011輸出141X111110001111151X111110000000741s48功能表

11、如下:7448圖 2974LS48 管艇LS148各使能端功能如下：LT ；測燈輸入端。LT二2時，顯示各段都亮。RBI：動態(tài)滅零輸入端。LT二O條件下，當(dāng)RBI=I且輸入數(shù)碼DCBA=OOOO 時顯示各段全滅。當(dāng)輸入碼非零時，正常譯碼顯示。BI；靜態(tài)滅燈輸入使能端。六反相器74LS04圖3-1-3反相器74LFo4引腳圖管腳功能表：1234567891011121314IAIY2A2Y3A3YGND4A4Y5A5Y6A6YVCC三輸入或非門74LS27IAIB2A2Blw42C匚5 廠10 * 982Y匚 GND C143i 12IrpBC 53B ?3 A 3YZJVCC9 fFIu* M

12、Y .管腳功能表:1234567891011121314AlBIA2B2C2Y2GNDY3A3B3C3YIClVCC555定時器55D TS NRIUE GTOR圖2-5 555什腳圖亦5定時器應(yīng)用為多諧振蕩電路時，出電源接通VCC通過電阻Rl. R2向電容C充電，其上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)U上升至23Vcc,會使比較器CI輸出翻 轉(zhuǎn)，輸出電壓為零，同時放電管T導(dǎo)通，電容C通過R2放電；當(dāng)電容電壓下降到1/3VCC,比較器C2工作輸出電壓變?yōu)楦唠娖剑珻放電終止，VCC通過Rl。R2 乂開始充電；周而復(fù)始，形成振蕩。則其振蕩周期與充放電時間有關(guān)，也就是與 外接元件有關(guān)，不受電源電壓變化影響。共陰

13、極數(shù)碼管G FGnelA B 1正面觀第三章電路圖與工作原理3.1模塊電路 3.1.1信號發(fā)生部分秒脈沖的產(chǎn)生山555定時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，555定時器產(chǎn)生周期為0.1S的脈沖；由于設(shè)計(jì)中要求計(jì) 時最小單位為0.1秒，要求脈沖發(fā)生器555多諧振蕩器的時鐘周期為 0.2 秒,則 T=0.7(Ri+R2)C+0.7R2C=0.1,則取 R 相等，C 為 IOOuF,得 R二5K,由于提供的元件中沒有5K的電阻，則取兩個470歐電阻串聯(lián)。3.1. 2倒計(jì)時部分24. O秒倒計(jì)時電路。這部分電路的主體部分在時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

14、的倒計(jì)時功能。用兩片74LS192分別做個位（低位）和十位（高位） 的倒計(jì)時計(jì)數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開始時的“24.0”倒計(jì)到“00.0”然后停 止，所以，這里的高位不需要做成六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。因?yàn)轭A(yù)置的數(shù)不是“00.0”，所以我選用置數(shù)端LoAD來進(jìn)行預(yù)置數(shù)。時鐘 脈沖分別通過兩個與門才再輸進(jìn)個位（低位）的down端，當(dāng)停止控制電路送來停止信號時，截?cái)鄷r鐘脈沖，從而實(shí)現(xiàn)電路的停止功能。低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖。計(jì)數(shù)器具體接法24秒倒計(jì)時電路3.1.3停止控制電路倒數(shù)訃數(shù)器到零時，需要將電路轉(zhuǎn)換到“24.0”并且停住。現(xiàn)在選取計(jì)數(shù)器到零的狀態(tài)24.0秒計(jì)到“00.0,從各引腳引出

15、線接到二腳與非門，當(dāng)計(jì)數(shù)器從00.0狀態(tài)轉(zhuǎn)換到99.9時，用與非門把該狀態(tài)轉(zhuǎn)換成低電平（其余時間 為高電平）控制LDO使電路轉(zhuǎn)換到24.0。由于數(shù)字99.9是在很短的時間 才能看到，用肉眼是看不到的，于是能實(shí)現(xiàn)從“00.0”到“24.0”的轉(zhuǎn)換。再 通過與非門所組成的觸發(fā)器的輸出端輸出低電平，使74LS192處于保持狀態(tài)。這 樣就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換并停止的電路。圖4停止控制電路3.1. 4警報提示裝置警報提示就是完成任一計(jì)時器計(jì)時結(jié)束時，系統(tǒng)給出連續(xù)的提示音。當(dāng)電路由“00.0”到“24.0”時，下面一個與非門輸出低電平，而鳴蜂器 的和LEDI的正極已經(jīng)接了高電平，故這時山于兩端存在電壓差，所以鳴蜂器

16、和 LEDI均能正常工作。從而發(fā)出報警信號。圖5警報提示電路32總設(shè)計(jì)（總電路圖）I益紅IfictVzaC012S2S c-ZCff W圖6電路總原理圖Ill 555定時器輸出秒脈沖輸入到計(jì)數(shù)器IC4的CD端，作為減計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng) 計(jì)數(shù)器訃數(shù)訃到0時，IC4的（13）腳輸出借位脈沖使十位計(jì)數(shù)器IC3開始汁數(shù)。 當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到00.0時應(yīng)使計(jì)數(shù)器復(fù)位并置數(shù)“24. 0本電路利用從“00. 0” 到“99.9”時，通過與非門，使電路置數(shù)到“24.0”并且保持該狀態(tài)。由于“99.9” 是一個過渡時期，不會顯示出來，所以本電路采用“99. 9”作為計(jì)數(shù)器復(fù)位脈沖。 當(dāng)計(jì)數(shù)器由“00.0”跳變到“99.9

17、”時，利用個位和十位的“9”即“1001”通 過與非門IC5去觸發(fā)RS觸發(fā)器使電路翻轉(zhuǎn)，從11腳輸出低電平使計(jì)數(shù)器置數(shù)， 并保持為“00.0”，同時LED發(fā)光二極管亮，蜂鳴器發(fā)出報警聲，即聲光報警。 按下Jl時，RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)11腳輸出高電平，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。若需要暫停時， 按下J2,振蕩器停止振蕩，使計(jì)數(shù)器保持不變，斷開J3后，計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。(DJ1：手動復(fù)位按鈕。當(dāng)按下JI時，不管計(jì)數(shù)器工作于什么狀態(tài)，計(jì)數(shù)器 立即復(fù)位到預(yù)置數(shù)值,即“24.0”。當(dāng)松開K2時，計(jì)數(shù)器從24開始計(jì)數(shù)。J2：暫停按鈕。當(dāng)“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于“暫?！睍r，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)， 顯示器保持不變，當(dāng)此開關(guān)處于“連續(xù)”開

18、關(guān)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。J3：啟動按鈕。J3處于斷開位置時，當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時，控制電 路發(fā)出光報警信號，計(jì)數(shù)器保持00.0狀態(tài)不變，處于等待狀態(tài)。當(dāng)J3閉合時， 計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。3.3工作原理譯碼顯示、555部分不再做過多闡述，下而就電路的控制與計(jì)數(shù)報警部分的工作原理進(jìn)行解釋與闡述。555脈沖發(fā)生模塊發(fā)出一個周期為0.1秒的方波，作為電路的時鐘脈沖?？刂齐娐贰爸脭?shù)”按鈕為常斷開關(guān)，當(dāng)按下按鈕時，輸出一個低電平到計(jì)數(shù)器的LD置數(shù)端，則計(jì)數(shù)器開始置數(shù)并經(jīng)過譯碼顯示后在顯示器上顯示24.0秒字樣。放開后輸入一個高電平到置數(shù)端，計(jì)數(shù) 器正常計(jì)數(shù)?？刂齐娐贰皢永^續(xù)”按鈕與“暫?！卑粹o由一個RS觸

19、發(fā)器連 接，RS基木觸發(fā)器功能表如下:SR00011011Q功能不變保持0置零1置10不確定當(dāng)按下“暫?！卑粹o時，觸發(fā)器置零，經(jīng)過輸入與非門74HCOO 后，不論555脈沖發(fā)生器輸出的脈沖式什么狀態(tài)，74HCoo均輸出高 電平1到計(jì)數(shù)器的CPD端，計(jì)數(shù)器保持當(dāng)前計(jì)數(shù)狀態(tài)，不再進(jìn)行減計(jì) 數(shù)，計(jì)數(shù)暫停，松開按鈕后，觸發(fā)器狀態(tài)保持。按下“繼續(xù)啟動”按鈕后，觸發(fā)器置2,經(jīng)過與非門后不改變脈 沖的輸出，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)。圖中將最后一片74LS192的借位輸出端也接到74LS27上，同時 接到報警電路上。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到零時，最后一片192會產(chǎn)生結(jié)尾信 號負(fù)脈沖，輸岀一個低電平0,則經(jīng)過或非門27后，計(jì)數(shù)立即

20、停止, 同時報警電路的二極管會導(dǎo)通，閃爍報警。第四章安裝與調(diào)試4.1布線電路布線應(yīng)注意：合理布線，不跨接，不跨元件接線。布線盡量使電源線和地線靠近實(shí)驗(yàn)電路板的周邊，以起一定得屏蔽作用。最好分模塊布線。元件芯片布局要合理，事先要做好合理規(guī)劃，使元件和導(dǎo)線在 實(shí)驗(yàn)板上分布均勻合理。4.2電路的調(diào)試調(diào)試時要小心謹(jǐn)慎，分模塊調(diào)試。電路安裝完畢后，首先應(yīng)檢查 電路各部分的接線是否正確，檢查電源、地線、信號源、元器件的引 腳有無短路，器件有無接錯，再接入電路所要求的電源電壓，觀察電 路中各部分器件有無異?，F(xiàn)象。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即切斷電源, 排除故障后方可重新通電。第五章設(shè)計(jì)體會在本次課程設(shè)計(jì)中,我對74LS48、74LS192. 555定時器、74LSo0、74LS04 等芯片