NBA籃球24S計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)與制作

PAGEPAGE0目錄236251引言 110501.1選題的意義 187121.2NBA籃球24S計(jì)時(shí)器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)趨勢(shì) 1188262設(shè)計(jì)任務(wù)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 1191542.1NBA籃球24S計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)的任務(wù) 1113922.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 1123133系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2245343.1元器件的選型 2173323.1.1555定時(shí)器 258333.1.2數(shù)碼管 3229543.1.374LS192 4297233.2硬件電路設(shè)計(jì) 6300153.2.124秒計(jì)時(shí)電路 6213393.2.2秒脈沖電路 6234533.2.3控制開(kāi)關(guān)電路 8177923.2.4報(bào)警電路 81424系統(tǒng)的仿真結(jié)果與調(diào)試 990084.1系統(tǒng)的仿真結(jié)果 9179435PCB板的制作 12272436結(jié)論 133586參考文獻(xiàn)： 14NBA籃球24S計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)與制作xxxxxx摘要：本電路主要由五個(gè)模塊構(gòu)成：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，主要采用555作為振蕩電路,由74LS192、74LS48和七段共陰LED數(shù)碼管構(gòu)成計(jì)時(shí)顯示電路,具有計(jì)時(shí)器直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。當(dāng)控制電路的置數(shù)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，在數(shù)碼管上顯示數(shù)字24，每當(dāng)一個(gè)秒脈信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器時(shí)，數(shù)碼管上的數(shù)字就會(huì)自動(dòng)減1，當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。關(guān)鍵字：24秒倒計(jì);計(jì)數(shù)器;控制電路ThedesignandfabricationofNBA

24S

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ControlCircuitPAGE131引言1.1選題的意義如今籃球比賽在中國(guó)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，尤其是被更多的青少年所喜愛(ài)?；@球比賽計(jì)時(shí)器是對(duì)比賽過(guò)程中所產(chǎn)生的時(shí)間、比分等數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集記錄、加工處理、傳遞利用的工具。1.2NBA籃球24S計(jì)時(shí)器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)趨勢(shì)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。籃球比賽是根據(jù)運(yùn)動(dòng)隊(duì)在規(guī)定的比賽時(shí)間里得分多少來(lái)決定勝負(fù)的，因此，籃球比賽的計(jì)時(shí)系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)。籃球比賽的計(jì)時(shí)系統(tǒng)由計(jì)時(shí)器等多種電子設(shè)備組成。而且其造價(jià)低廉、操作方便且便于攜帶，適合于學(xué)校和小團(tuán)體作為比賽賽程的計(jì)時(shí)計(jì)分工具。從另一方面說(shuō)，本設(shè)計(jì)方便了人們?cè)诒荣悤r(shí)的計(jì)時(shí)計(jì)分工作，在某種程度上也促進(jìn)了籃球賽的開(kāi)展，既有利于發(fā)展籃球這項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)，又有利于增強(qiáng)人們的體質(zhì)。另外參與籃球運(yùn)動(dòng)的人多了，也有利于籃球運(yùn)動(dòng)員的選拔，對(duì)我們國(guó)家的籃球事業(yè)也具有促進(jìn)作用。2設(shè)計(jì)任務(wù)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案2.1NBA籃球24S計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)的任務(wù)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和已知條件，選擇合適的繼電器或晶閘管。完成對(duì)NBA籃球24S計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)、multisim10仿真與調(diào)試，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)可以清零，暫停，計(jì)數(shù)等功能。2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案分析設(shè)計(jì)任務(wù)，該系統(tǒng)包括脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時(shí)序控制電路（簡(jiǎn)稱控制電路）和報(bào)警電路等5個(gè)部分構(gòu)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，而控制電路其有直接控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(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)間的時(shí)序關(guān)系。在操作直接清零時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖時(shí)鐘信號(hào)CP，同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示24字樣；當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在閉合位置上時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。整體的電路原理框圖如圖2.1所示控制電路控制電路計(jì)數(shù)器報(bào)警電路譯碼顯示秒脈沖發(fā)生器圖2-124秒計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1元器件的選型3.1.1555定時(shí)器555定時(shí)器是一種數(shù)字與模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用廣泛。外加電阻、電容等元件可以構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)電路，施密特觸發(fā)器等。555定時(shí)器引腳圖如圖3.1所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示。圖3.1555定時(shí)器引腳圖圖3.2555內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖定時(shí)器內(nèi)部由比較器、分壓電路、RS觸發(fā)器及放電三極管等組成。分壓電路由三個(gè)5K的電阻構(gòu)成，分別給和提供參考電平2/3和1/3。和的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)自6腳輸入大于2/3時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，3腳輸出為低電平，放電管T導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于1/3時(shí)，觸發(fā)器置位，3腳輸出高電平，放電管截止。4腳是復(fù)位端，當(dāng)4腳接入低電平時(shí)，則；正常工作時(shí)4接為高電平。5腳為控制端，平時(shí)輸入2/3作為比較器的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制。如果不在5腳外加電壓通常接0.01μF電容到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。3.1.2數(shù)碼管數(shù)碼管按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)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(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管的各段標(biāo)注如圖3.3所示圖3.3數(shù)碼管的各段標(biāo)注數(shù)碼管的共陰極與共陽(yáng)極接線圖如圖3.4所示。圖3.4數(shù)碼管的共陰極與共陽(yáng)極接線圖3.1.374LS192計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件，它不僅可用來(lái)計(jì)脈沖數(shù)，還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能。計(jì)數(shù)器種類很多。按構(gòu)成計(jì)數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個(gè)時(shí)鐘脈沖源來(lái)分，有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。根據(jù)計(jì)數(shù)制的不同，分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。根據(jù)計(jì)數(shù)的增減趨勢(shì)，又分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器。還有可預(yù)置數(shù)和可編程序功能計(jì)數(shù)器等等。74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(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)如圖3.5所示圖3.5引腳排列圖（左）和邏輯符號(hào)圖（右）其引腳功能如下所示：LD—置數(shù)端CPU—加計(jì)數(shù)端CPD—減計(jì)數(shù)端CO—非同步進(jìn)位輸出端BO—非同步借位輸出端D0、D1、D2、D3—計(jì)數(shù)器輸入端Q0、Q1、Q2、Q3—數(shù)據(jù)輸出端CR—清除端74LS192同步十進(jìn)制邏輯功能表表3.1所示：輸入輸出CRLDCPUCPDD3D2D1DOQ3Q2Q1Q01XXXXXXX00XXdcba01↑1XXXX011↑XXXX0111XXXX0000dcba加計(jì)數(shù)減計(jì)數(shù)保持表3.174LS192同步十進(jìn)制邏輯功能表當(dāng)清除端CR為高電平“1”時(shí)，計(jì)數(shù)器直接清零；CR置低電平則執(zhí)行其它功能。當(dāng)CR為低電平，置數(shù)端LD也為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)直接從置數(shù)端D0、D1、D2、D3置入計(jì)數(shù)器。當(dāng)CR為低電平，LD為高電平時(shí)，執(zhí)行計(jì)數(shù)功能。執(zhí)行加計(jì)數(shù)時(shí)，減計(jì)數(shù)端CPD接高電平，計(jì)數(shù)脈沖由CPU輸入；在計(jì)數(shù)脈沖上升沿進(jìn)行8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。執(zhí)行減計(jì)數(shù)時(shí)，加計(jì)數(shù)端CPU接高電平，計(jì)數(shù)脈沖由減計(jì)數(shù)端CPD輸入.此實(shí)驗(yàn)我們用到計(jì)數(shù)器由兩片74LS192同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成。利用減計(jì)數(shù)CR=0,LD=0,CPD=1,實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器按8421碼遞減進(jìn)行減計(jì)數(shù)。利用借位輸出端BO與下一級(jí)的CPD連接,實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器之間的級(jí)聯(lián)。利用預(yù)置數(shù)LD端實(shí)現(xiàn)異步置數(shù)。當(dāng)CR=0,且LD=0時(shí),不管CPU和CPD時(shí)鐘輸入端的狀態(tài)如何,將使計(jì)數(shù)器的輸出等于并行輸入數(shù)據(jù),即Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。3.2硬件電路設(shè)計(jì)3.2.124秒計(jì)時(shí)電路24秒計(jì)時(shí)電路如圖3.6所示圖3.624秒計(jì)時(shí)電路其預(yù)置數(shù)為N=（00100100）=(24)10。在CD端的輸入時(shí)鐘脈沖作用下，開(kāi)始遞減。只有當(dāng)?shù)臀籘CD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)。3.2.2秒脈沖電路秒脈沖電路如圖3.7所示圖3.7秒脈沖電路根據(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。555定時(shí)器控制功能表如表3.2所示：輸入輸出THRESOUTDIS××LL導(dǎo)通<2/3VCC<1/3VCCHH截止<2/3VCC>1/3VCCH不變不變>2/3VCC×HL導(dǎo)通表3.2555定時(shí)器控制功能表3.2.3控制開(kāi)關(guān)電路控制開(kāi)關(guān)電路如圖3.8所示圖3.8控制電路在本次設(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(kāi)關(guān)來(lái)控制啟動(dòng)和復(fù)位功能。啟動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)和74192的11腳相連即可。在這里，主要介紹暫停/連續(xù)開(kāi)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(kāi)關(guān)控制接地，這就形成了暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)。3.2.4報(bào)警電路根據(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。報(bào)警電路如圖3.8所示。圖3.8報(bào)警電路圖3.9報(bào)警電路產(chǎn)生時(shí)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)。4系統(tǒng)的仿真結(jié)果與調(diào)試4.1系統(tǒng)的仿真結(jié)果系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖4.1所示圖4.1開(kāi)始置數(shù)時(shí)系統(tǒng)仿真圖上圖為籃球計(jì)數(shù)器啟動(dòng)時(shí)置數(shù)為24，控制開(kāi)關(guān)J1右邊閉合為置數(shù)功能。控制開(kāi)關(guān)J2右邊閉合為連續(xù)功能，計(jì)數(shù)器繼續(xù)減法。圖4.2計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)系統(tǒng)仿真圖上圖為籃球計(jì)數(shù)器減到零時(shí)的仿真圖，控制開(kāi)關(guān)J1左邊閉合為置零功能，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，報(bào)警電路會(huì)出現(xiàn)光電報(bào)警現(xiàn)象即LED1發(fā)光且蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音?？刂崎_(kāi)關(guān)J2左邊閉合為暫停功能，計(jì)數(shù)器停止減法運(yùn)算。5PCB板的制作設(shè)計(jì)步驟：1打開(kāi)Protel99SE,建立一個(gè)新的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)2創(chuàng)建設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)后，將新建電路設(shè)計(jì)文件添加到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中3當(dāng)建立電