籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)報(bào)告概述

1、籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器課程設(shè)計(jì)名稱： 11級(jí)電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)題目： 籃球競(jìng)賽 30s計(jì)時(shí)器學(xué) 院 名 稱：專業(yè)：信工學(xué)院班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名： Visual逆評(píng)分：教師：20 13年 5月 11 日1籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器時(shí)鐘是人類日常生活中必不可少的工具，本設(shè)計(jì)從日常生活中常見的事物入手，通過(guò)對(duì)計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)，不僅可以鍛煉我們的動(dòng)手能力，而且可以加深我們對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)和激發(fā)我們對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)。本課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了籃球競(jìng)賽 30 接清零、啟動(dòng)、暫停和連續(xù)以及具有光電報(bào)警功能，同時(shí)應(yīng)用了七段數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間。此計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下 3 個(gè)組成，即計(jì)時(shí)模塊、控制模塊、以及譯碼顯示

2、模塊。在設(shè)計(jì)此計(jì)時(shí)器時(shí)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)起來(lái)更加簡(jiǎn)單、方便、快捷。此電路是一時(shí)鐘產(chǎn)生，觸發(fā)，倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，譯碼顯示為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造主體電路和輔助電兩路個(gè)部分。關(guān)鍵字 計(jì)時(shí)器 光電報(bào)警 模塊化2籃球競(jìng)賽 30s計(jì)時(shí)器前言 5第一章 籃球三十秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)要求及方案比較 61.1設(shè)計(jì)要求 61.2方案比較 6第二章 系統(tǒng)組成及工作原理 82.1 系統(tǒng)組成 82.2 工作原理 82.2.1 脈沖發(fā)生器 82.2.2 譯碼顯示 9101212第三章 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇 123.1 脈沖電路 133.2 譯碼顯示電路 133.3 計(jì)時(shí)電路 143.4控制電路 15

3、3.5 報(bào)警電路 16第四章 設(shè)計(jì)過(guò)程調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析 174.1 課程電路設(shè)計(jì)階段 174.2 電路仿真階段 173籃球競(jìng)賽 30s計(jì)時(shí)器174.3 調(diào)試與排故階段 17第五章 總結(jié) 18參考文獻(xiàn) 19附錄一：管腳圖 20附錄二：元件清單23附錄三：總設(shè)計(jì)電路圖244籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時(shí)間不能超過(guò) 30 秒（現(xiàn)在規(guī)定為24 秒），否則就犯規(guī)了。本課程設(shè)計(jì)的“籃球競(jìng)賽 30 秒計(jì)時(shí)器”，可用于籃球比賽中，一旦球員的持球時(shí)間超過(guò)了30 秒，它自動(dòng)的報(bào)警從而判定此球員的犯規(guī)。本設(shè)計(jì)主要能完成：顯示30 秒倒計(jì)時(shí)功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、

4、啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時(shí)，數(shù)碼管顯示器滅燈；計(jì)時(shí)器為30 秒遞減計(jì)時(shí)其計(jì)時(shí)間隔為 1 秒；計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。實(shí)現(xiàn)方案：應(yīng)用雙時(shí)鐘加、減同步可逆計(jì)數(shù)器 74LS192 來(lái)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能,用組合電路及二極管發(fā)光條件來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。顯示電路用74LS48 譯碼及 7段數(shù)碼管來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)。5籃球競(jìng)賽 30s計(jì)時(shí)器第一章 籃球三十秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)要求及方案比較1、具有顯示三十秒計(jì)時(shí)功能;2、設(shè)置外部操作開關(guān)控制計(jì)數(shù)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)器為三十秒遞減時(shí),計(jì)時(shí)間隔為一秒;5,數(shù)碼顯示不能滅燈,主要參考

5、元器件：NE55574LS16174LS192 。本課程設(shè)計(jì)中，我們組接觸到了兩個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生電路的方案，兩個(gè)方案如下：方案一是電路由 14 位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器和振蕩器 CD4060、BCD同步加法計(jì)數(shù)器 CD4518 構(gòu)成的秒信號(hào)發(fā)生器。電路中利用 CD4060組成兩部分電路。一部分是 14級(jí)分頻器，其最高分頻數(shù)為 16384；另一部分是由外接電子表用石英晶體、電阻及電容構(gòu)成振蕩頻率為 32768Hz 14級(jí)分頻后在輸出端 Q14上得到 1/2秒脈沖并送入由 1/2 CD4518構(gòu)成的二分頻器，分頻后在輸出斷Q1上得到秒基準(zhǔn)脈沖。6籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器方案二是用 555定時(shí)器構(gòu)成

6、一個(gè)多諧振蕩器，為電路提供芯片工作的由于本課程設(shè)計(jì)中對(duì)秒脈沖信號(hào)的精度要求并不是很高，并且方案二中用 CD4060和分頻器構(gòu)成的基準(zhǔn)秒脈沖發(fā)生電路較于前者要復(fù)雜的多， 555定時(shí)器構(gòu)成電路中的脈沖信號(hào)發(fā)生器。7籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器第二章 系統(tǒng)組成及工作原理本課程設(shè)計(jì)主要包括秒脈沖發(fā)生電路、計(jì)數(shù)電路、數(shù)碼顯示電路和報(bào)警電路、控制電路。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下：圖 2-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖2.2 工作原理2.2.1 脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)中采用 NE555 來(lái)產(chǎn)生一秒的脈沖信號(hào)。555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。其產(chǎn)生脈沖的原理為：用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖(2-2-a)所示

7、。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài),只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號(hào),利用電源 V 通過(guò) R 和 R 向電容器 C 充電使 u 逐CC12C漸升高,升到2V /3時(shí),u 跳變到低電平,放電端D導(dǎo)通,這時(shí),電容器C通過(guò)CC O電阻 R 和 D 端放電,使u 下降,降到 V /3 時(shí),u 跳變到高電平,D ,電CC2CO源V 又通過(guò)R 和R 向電容器C,振蕩不停, 電容器C在V /32CC1CC和 2V /3 之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖(2-2-b)所示。CC8籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器+VDDcV7ttou5553ottw1w2C00.01FT圖 2-2-a4LS48 為 4 線七段譯碼器/B

8、CD YaYg VLED。 當(dāng)要求輸出 015時(shí)，消隱輸入（BI）應(yīng)為高電平或開路，對(duì)于輸出為 0 時(shí)還要求脈沖消隱輸入（RBI）為高電平或者開路。 當(dāng) BI 為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，YaYg 均為低電平。 當(dāng) RBI 和地址端（A0A3）均為低電平，并LTYa Yg RBO）也變?yōu)榈碗娖健?當(dāng) BI 為高電平或開路時(shí)，LT 為低電平可使 YaYg 均為高電平。9籃球競(jìng)賽 30s計(jì)時(shí)器引出端符號(hào)： A-D譯碼地址輸入端BI/RBO 消隱輸入（低電平有效）/LT燈測(cè)試輸入端（低電平有效）脈沖消隱輸入端（低電平有效）段輸出RBIa-g2.2.3計(jì)時(shí)器脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)

9、、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特定的邏輯功能。74LS192 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPDCPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能；預(yù)置是異步的，當(dāng)置入控制端（）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CPQ0Q3P010籃球競(jìng)賽 30s計(jì)時(shí)器P3）相一致的狀態(tài)；計(jì)數(shù)是同步的，靠CPDCPU 同時(shí)加在 4 個(gè)觸發(fā)器上 CPDCPU上升沿作用下 Q0Q3 計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用 CPD或CPU TCU） CPU 溢出時(shí)，錯(cuò)位輸出端（TCD）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPD 低電平部分的低電平脈沖。 當(dāng)把 TCD 和 TCU 分別連接后一級(jí)的 CPD、，即可進(jìn)行

10、級(jí)聯(lián)圖 2-4 74LS192管腳圖引出端符號(hào)TCD (BO)錯(cuò)位輸出端（低電平有效）進(jìn)位輸出端（低電平有效）減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）TCU(CO)CPD (DOWN)11籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器CPU (UP)加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）異步清除端MR (CLR)P0P3 (A-D)PL （）并行數(shù)據(jù)輸入端異步并行置入控制端（低電平有效）Q0Q3 (QA-QD) 輸出端控制電路是整個(gè)電路的核心，其實(shí)現(xiàn)的功能主要有：控制系統(tǒng)暫停/繼續(xù)、清 0 和置 30。LED 燈亮的條件為：計(jì)數(shù)器處在輸出為00 的情況下。而74LS192 的借位輸出端 BO 此時(shí)輸出為 0，所以可以利用這個(gè)輸出來(lái)使

11、得發(fā)光二極管發(fā)光，達(dá)到報(bào)警的觸發(fā)。12籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器第三章 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇秒脈沖發(fā)生籃球 30 秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如圖 2-2 產(chǎn)生的信號(hào)是要經(jīng)過(guò)控制電路才能輸入給計(jì)時(shí)器，由于本設(shè)計(jì)對(duì)秒信號(hào)要求并不太高，故電路可采用 555 集成電路與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生一個(gè) 1s 的脈沖信號(hào)來(lái)作為電路的 CP 脈沖信號(hào)。通過(guò)NE55 的脈沖周期計(jì)算公式：（其中 C 為圖 2-2 中的 C2 2 取值 0.693 1 秒的 CP 脈沖，取值可分別為：R1=15K 歐姆，R2=68K 歐姆，C1=1 F,C2=0.1 F。A、B、C、D 分別接 74LS19

12、2 的信號(hào)輸出端。13籃球競(jìng)賽 30s計(jì)時(shí)器圖 3-2譯碼顯示電路圖3.3計(jì)時(shí)器電路本課程設(shè)計(jì)采用的倒計(jì)時(shí)30秒計(jì)時(shí)器如下所示：圖 3-3計(jì)時(shí)器電路14籃球競(jìng)賽 30s計(jì)時(shí)器通過(guò)兩片 74LS192的級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè) 30進(jìn)制的計(jì)數(shù)器：低位 BO端接高位 DOWN端。當(dāng)?shù)臀黄瑥?跳到 9時(shí)，高位片進(jìn)位加一，直到實(shí)現(xiàn)三十秒74LS192的加計(jì)數(shù)器信號(hào)輸入端 UP應(yīng)該加上高電平。本設(shè)計(jì)中的 30秒只需將兩計(jì)數(shù)器的輸入端分別置為 0011和0000即可，采用同步置數(shù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn) 30置數(shù)。因?yàn)?74LS192是十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，所以當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為0時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)跳到，我們采用一個(gè)控制電路（控制CP的輸入，當(dāng)?shù)?/p>

13、計(jì)時(shí)到30時(shí) CP輸入斷開）來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，最后讓顯示器停在 30秒處。置 30：計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)LOAD端是接高電平的，當(dāng)要置為30的時(shí)候，只需將LOAD端接地。如圖 2-7計(jì)時(shí)器電路所示。清 0CLR端為 0 CLR接高電平就能將計(jì)時(shí)器的輸出變?yōu)?0.如圖 2-7計(jì)時(shí)器電路所示。圖 3-4暫停/繼續(xù)控制電路圖15籃球競(jìng)賽 30s計(jì)時(shí)器暫停與繼續(xù)控制電路是通過(guò)控制 CP脈沖輸入低位 74LS192的 DOWN來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)開關(guān)J3如圖所示時(shí)，為繼續(xù)，此時(shí)與非門U8B輸出為 1，在還未計(jì)時(shí)到 00時(shí) U6A的第二個(gè)輸入端為高電平，所以輸入低位 74LS192的CP J3接上端時(shí)，U7A輸出為 ，進(jìn)而

14、 U8B輸出為 0，U6A輸出就一直為 0，所以輸入低位 74LS192的 CP脈沖一直為 0，達(dá)到了暫停的效果。LED燈亮的條件為：計(jì)數(shù)器處在輸出為00的情況下。而74LS192的借位輸出端 BO此時(shí)輸出為 0，所以可以利用這個(gè)輸出來(lái)達(dá)到報(bào)警的觸發(fā)。16籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器第章設(shè)計(jì)過(guò)程、調(diào)試與排故4.1課程電路設(shè)計(jì)階段：查閱了大量的資料以后先確定了整個(gè)課程設(shè)計(jì)分為了幾個(gè)部分，然后再確定哪個(gè)部分是重點(diǎn)，將其模塊化，一個(gè)一個(gè)模塊去設(shè)計(jì)。找出所有要用到的芯片，查閱并記錄其管腳信息及注意事 30 0 和置 30 這兩項(xiàng)控制功能，為了檢驗(yàn)即使其是否成功，那就要完成譯碼顯示電路，給計(jì)時(shí)器輸入儀器自帶

15、的秒信號(hào)，檢驗(yàn)計(jì)數(shù)器是否正常工作。再在上述電路中加上暫停/常后，接著就是最后一步了：利用 555 芯片把秒信號(hào)發(fā)生器制作出來(lái)。4.2電路仿真階段：在上述過(guò)程中確定的電路圖放到仿真軟件Quartus上去仿真，確定是否無(wú)誤。4.3實(shí)驗(yàn)板連接電路階段接，此步驟必須細(xì)心以及有耐心，不容有一點(diǎn)小錯(cuò)誤，否則整個(gè)電路都將崩潰。由于實(shí)驗(yàn)儀器及器件的限制，有些功能電路的實(shí)現(xiàn)及操作都有所變化，例如實(shí)現(xiàn)暫停與繼續(xù)的一個(gè)雙刀雙擲采用了兩個(gè)邏輯開關(guān)互補(bǔ)輸入的方法實(shí)現(xiàn)的，以及一些外加電阻的連接方法也要有所新方法。4.4調(diào)試與排故階段：調(diào)試中出現(xiàn)了如下兩個(gè)問(wèn)題 30 后輸出的3 少了最上面的一橫，其他數(shù)字也是少了最上面的一

16、橫，所以我們認(rèn)為是譯碼器與數(shù)碼管的連接電路有關(guān)，在排除接線的問(wèn)題后，找出問(wèn)題是由于安裝數(shù)碼管的電路板出問(wèn)題了，在換了數(shù)碼管的安裝位置后，重新連線，這個(gè)問(wèn)題就得到了解決。脈沖發(fā)生器故障：在啟動(dòng)計(jì)時(shí)器后發(fā)現(xiàn)計(jì)時(shí)器跳動(dòng)不穩(wěn)定，有時(shí)候一次跳動(dòng) 3 下，有時(shí)候又正常顯示倒計(jì)時(shí)，由于在用系統(tǒng)提供的秒信號(hào)沒(méi)有出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，那么就是 555 產(chǎn)生的秒信號(hào)不穩(wěn)定，于是對(duì) 555 的電阻取值重新計(jì)算，以及 555 連接線路的檢查，最后這個(gè)問(wèn)題也得到了解決。17籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器第章總結(jié)此次數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的最好形式。在課題的完成過(guò)程中要求設(shè)計(jì)者要有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和很強(qiáng)的動(dòng)手能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程

17、中，通過(guò)自主查找數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，接觸到了很多新鮮的東西。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我們明白了一個(gè)電子產(chǎn)品的制作是多么的不容易。這要求我們要非常細(xì)心，還要有耐心。要想設(shè)計(jì)并制作一個(gè)完美實(shí)用的數(shù)字電路，確實(shí)是一件不輕松的工作，不僅要求學(xué)生要有一定的動(dòng)手能力，還要有充足的理論知識(shí)，這就必須讓我們?nèi)ゲ檎掖罅康馁Y料。在這次課程設(shè)計(jì)中，讓我們明白了什么是學(xué)無(wú)止境，什么是一個(gè)問(wèn)題不止一個(gè)正確答案，在網(wǎng)上查找相關(guān)資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)相關(guān)的資料多的是，而其中發(fā)現(xiàn)有些是精品，而有些確實(shí)濫竽充數(shù)，這就需要設(shè)計(jì)者能夠取其精華去其糟粕，寵而得到自己想要的東西。整個(gè)過(guò)程中，方案選擇是相當(dāng)重要的。如果方案選擇不夠好，那將導(dǎo)致許多問(wèn)題，例

18、如經(jīng)濟(jì)性：哪種方案顯得更經(jīng)濟(jì)，便捷性、實(shí)用性等等，一個(gè)不好的方案還有可能讓整個(gè)課程設(shè)計(jì)陷入困境中，從而難以完成。調(diào)試也是相當(dāng)重要的一部分。當(dāng)電路不能得到正確的結(jié)果時(shí)，要知道怎樣進(jìn)行排錯(cuò)和調(diào)試，以得到正確的結(jié)果。一般情況下，應(yīng)該先檢查電路是否連對(duì)，芯片管腳是否對(duì)錯(cuò)；若電路連接正確，則用萬(wàn)用表通過(guò)電壓電阻的測(cè)量來(lái)找出電路中的問(wèn)題，并加以改正。在確實(shí)檢查不出問(wèn)題的情況下要勇敢的去質(zhì)疑：質(zhì)疑一切與之有關(guān)聯(lián)的器件是否出問(wèn)題，而且指導(dǎo)老師是很好的問(wèn)題回答者。分的實(shí)現(xiàn)與連接都很簡(jiǎn)單，所用元器件也比較常用，工作原理易懂，操作簡(jiǎn)單，也很適合一般人動(dòng)手制作。18籃球競(jìng)賽 30s 計(jì)時(shí)器1NiklausWirth. 數(shù)字電路設(shè)計(jì). 高等教育出版社，2002。2彭介懷. 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì). 北京:北京高等教育出版社，2003。3王公望. 現(xiàn)代電子電路應(yīng)用基礎(chǔ) . 西安電子科技大學(xué)出版社，4l 劉培植. 數(shù)字電路設(shè)計(jì)與數(shù)字系統(tǒng) . 北京郵電大學(xué)出版社 .2005。5李煥英. 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程. 科技出版社，2005。6閻石. 數(shù)字電子計(jì)術(shù)基礎(chǔ). 高等教育出版社，2