电子技术课程设计简易篮球比赛计时器

简易篮球比赛计时器郑州轻工业学院电子技术课程设计题 目： 简易篮球比赛计时器 姓 名： 专业班级： 电子信息工程13-02 学 号： 院 （系）： 电子信息工程学院 指导教师： 完成时间： 2015年10月 23日 郑州轻工业学院课程设计任务书题目 简易篮球比赛计时器 专业 电信工程13-2 学号 02 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1阅读相关科技文献。2学习电子制图软件的使用。3学会整理和总结设计文档报告。4学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求1. 篮球比赛采取四节制，每节12分钟，要求能够计时。2. 篮球比赛采取进攻24秒制，要求能够倒数计时。3. 要求时间用数码管表示出来。4. 要求可以手动控制计时，即能够随时暂停，启动后可以继续计数，并且能够对计数进行清零。5. 要求每节结束、全场结束和24秒结束时能够自动进行声音提示。主要参考资料1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2010年8月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5康华光，电子技术基础，高教出版社，2006年1月完 成 期 限： 2015年10月23日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2015 年 10月19日简易篮球比赛计时器摘要随着科技的发展，篮球计时器不仅应用于NBA,CBA等专业的篮球比赛场上，也广泛应用于民用的普通赛场上，方便于每场比赛的公平公正。本设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛24秒和12分钟倒计时器。此计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有报警功能，同时应用了七段数码管来显示时间。本电路主要有五个模块构成：秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路。当控制电路的置数开关闭合时，在数码管上显示数字24，每当一个秒脉信号输入到计数器时，数码管上的数字就会自动减1，当计时器递减到零时，报警电路发出光电报警与蜂鸣信号。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出报警信号。关键词：计数器 分秒倒计时 译码显示电路 控制电路 报警电路目 录1 设计思路、基本原理和设计框图11.1 设计思路11.2 基本原理11.3 总体设计框图22 单元电路设计32.1秒脉冲发生器的设计32.212分钟倒计时器的设计32.324秒倒计时器的设计42.4译码电路和显示器的设计53 芯片功能介绍63.1 54LS192引脚图和功能表63.2 555引脚图和功能表63.3 CD4511引脚图73.4 74HC04引脚图83.5 CC4023引脚图83.6 DM7408N引脚图94 总结105 致谢11参考文献12附录131 设计思路、基本原理和设计框图1.1 设计思路篮球比赛计时器的主要功能包括： 12分钟倒计时、进攻方24秒倒计时、计时暂停、重新开启和警报提示。该计时系统由以下四个电路模块组成：1秒时基产生器：由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。12分钟倒计时：这部分电路完成12分钟倒计时的功能，比赛准备开始时，屏幕上显示12：00字样。当比赛开始时，倒计时从12：00开始逐秒递减到00：00。这一模块主要利用双向计数器54LS192的减计数功能来实现。攻方24秒倒计时：这部分电路与12分钟倒计时功能类似，当比赛准备开始时，屏幕上显示24秒字样，当比赛开始后，倒计时从24逐秒倒数到00。这一模块主要也是利用双向计数器54LS192来实现。警报提示：蜂鸣器报警。1.2 基本原理主体电路：即倒计时部分，包括12分钟和24秒倒计时。12分钟倒计时的基本原理：比赛处于准备开始阶段，合上开关S1使倒计时计数器相应的置数或清零端有效，显示设定的时间12：00，当主裁判抛起球，比赛开始，断开开关S1，倒数计时器开始工作（相应的置数、清零端无效），计时器逐秒进行倒计显示。当有球员犯规，裁判吹哨，整个计时系统的倒计时暂停，这个功能通过暂停开关S4截断时钟脉冲的传输来实现。当倒数计时器计数到零时，选取“00：00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号,让其与时钟脉冲在与非门中将时钟脉冲截断，从而计时器在计数到零时停住。24秒倒计时的原理：基本和12分钟倒计时一样。比赛处于准备状态时，通过合上S3开关来置数，屏幕显示24字样，比赛开始后，断开S3开关，倒数计时器开始工作。当裁判吹哨时，也是通过S4开关来控制时间停止。当进攻时间到达二十四秒时屏幕出现“00”字样时，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲在与非门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。警报提示：为了给出警报提示，当24倒计数出现00或12分钟倒计时出现0000是，蜂鸣器就会报警。1.3 总体设计框图倒计时功能主要是利用54LS192计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换，以适合分和秒的不同需要。由于该系统特殊的需要，到各计时器到零时，通过停止控制电路使计数器停止计数并用蜂鸣器发出警报。图1-1 总体设计框图2 单元电路设计2.1秒脉冲发生器的设计 该部分电路要完成一个功能，也是该设计的驱动部分，由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。图2-1是脉冲发生器的原理图：图2-1 秒脉冲发生器的设计用555组成的脉冲产生电路:R1=1.5k，R2=6.5k，C=100F，则555所产生的脉冲频率为:f=1.43/(R1+2*R2)*C=1.014Hz （1-1）2.212分倒计时器的设计 该部分主要由555定时器、十进制同步加减计数器54LS192减法计数电路、CD4511译码电路和4个7段共阴极数码管及相关电路组成。运用2片可逆计数器54LS192来构成60进制的减计数器。这个计数器的低位即个位，不需要搭接任何反馈电路而直接运用54LS192芯片的减计数功能：时钟脉冲接到DOWN端，置数、清零端无效，即可以实现十进制的倒计时计数功能。而最低位的计数变化应当与时钟脉冲的变化同步。所以原则上应当将时钟脉冲直接引到这片192计数器的减计数时钟脉冲输入端DOWN。该计数器的高位即十位，与低位的计数进制不相同。由于时间的分和秒都是60进制，所以这里的计数芯片54LS192必须要接成六进制的计数器。这里，我选用反馈置数的方法来实现这个功能。置数时，输出的数是与输入的数是一样的，所以我设置的数是5（二进制0101），这样当计数器从0变到9时，由于进行了异步置数，9就在瞬间变成了5，计数输出的结果就变为0543210，实现了六进制的功能。 12分钟倒计时分部分，也是运用两片可逆计数器54LS192来构成减计数器。在两片计数器的连接上，与秒部分一样，也是把低位的借位信号作为高位的时钟脉冲进行连接，而低位计数器的时钟脉冲则是用秒部分高位计数器的借位输出信号来充当的。运用以上两个计数器组合，就在低位计数器从0变到9或从0变到5的瞬间，在它的借位输出端出现一个电平的上升脉冲沿，从而使高位的计数器倒倒计一个数，实现倒计时功能。图2-2 12分倒计时器2.324秒倒计时器的设计 用两片54LS192分别做个位（低位）和十位（高位）的倒计时计数器，由于本设计只需要从开始时的“24”倒计到“00”然后停止，所以可以直接运用十进制的54LS192进行减计数。因为预置的数不是“00”，所以我选用置数端LD来进行预置数，低位的借位端BO输出低电平用作高位的时钟脉冲。 图2-3 24秒倒计时器2.4译码电路和显示器的设计 译码电路的功能是将“秒”、“分”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用于驱动七段数码管的译码器常用的有CD4511，若将“秒”、“分”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。 图2-4 译码电路和显示器3 芯片功能介绍3.1 54LS192的引脚及功能表54LS192是十进制同步加减计数器。LD为预置输入控制端，异步预置。RST为复位输入端。CO为进位输出。BO为借位输出。 图3-1 54LS192的引脚表3-1是54LS192的功能表。表3-1 54LS192的功能表清零预置时钟预置数据输入输出RSTLDUPDWNP0P1P2P3D0D1D2D3H0000LLABCDABCDLHH加计数LHH减计数3.2 555的功能表555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。Vi2（）：低电平触发端，简称低触发端，标志为。CVO：控制电压端。OUT：输出端。Disc：放电端。RST：复位端。图3-2 555引脚图表3-2是555定时器的功能表。表3-2 555的功能表输入输出高电平触发端U1低电平触发端U2复位输出V放电管状态00导通2/3Vcc1/3Vcc11截止2/3Vcc1/3Vcc10导通2/3Vcc1/3Vcc1不变不变3.3 CD4511引脚其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。BL：锁定控制端，当BL=0时，允许译码输出。 BL=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A，B，C,D为8421BCD码输入端，a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。 图3-3 CD4511引脚图 3.4 74HC04引脚图 74HC04是六反相器,既一个集成块上有六个反相器.输入为高电平,输出就为低电平,输入低电平,输出就为高电平。图3-4 74HC04引脚图3.5 CC4023引脚图CC4023为3输入与非门集成电路，可以实现与非门的功能。 图3-5 CC4023引脚图3.6 DM7408N引脚图DM7408N是2输入端4与门。图3-6 DM7048引脚图4 总 结本次的课程设计使我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去，这也让我知道实践就是检验真理的唯一标准这句话的真正含义。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，注重理论方面而远离实践，这样对我以后的个人发展很不好，因为在实践中你才能找到问题的存在，纸上谈兵对我是没有用处的。通过这次的课程设计，我把所学的用到了实践中去，这也让我认识到实践和理论的差距，此次的篮球比赛计时器设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争。同时在查找资料的过程中我也学到了许多新的知识，我们分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路，在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正。在这过程中我们三个互相帮助，互相鼓励，互相进步，这也增进我们之间的友谊，使我对团队精神的积极性和重要性有了更加充分的理解。在这个设计中，我学到了学习理论时学不到的东西，不但锻炼我的动手能力而且巩固我们所学的理论知识，这样实践与理论相结合就可以更快而有效地掌握知识。 此次的课程设计不仅为所学的专业课程打下了坚实的基础，提高了我对分析与解决问题的能力，也在研究与电子爱好追求上做了一个很好的起步。5 致 谢感谢学校给了我们这次做课程设计的机会，这能让我们提前体会毕业设计的格式及要求，通过这次设计也能够将学到的知识应用到实践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。在这次课程设计的过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢曹老师和谢老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题，在我迷茫时给我指。同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境，最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，我会继续努力。 参考文献【1】 康华光、陈大钦，电子技术基础模拟部分（第四版），高等教育出版社，1999年6月【2】 康华光、邹寿彬，电子技术基础数字部分（第四版），高等教育出版社，2000年6月【3】 徐国华，模拟及数字电子技术实验教程，北京航空航天大学出版社，2004年8月【4】 王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月【5】 姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月【6】 徐国华、孙东、王新金，电子综合技能实训教程，北京航空航天大学出版社，2010年6月【7】赵淑范，电子技术实验与课程设计，清华大学出版社，2006【8】贾更新，电子技术基础实验设计与仿真，郑州大学出版社，2006【9】杨旭东，使用电子电路精选，化学工业出版社，2007【10】彭介华，电子技术课程设计指导，高等教育出版社，2006【11】徐学彬，电子技术实验指导书，西华大学，2011【12】华成英，电子技术，中央广播电视大学出版社，2006【13】康华光，电子技术基础，高教出版社，2003【14】谢自美，电子线路设计、实验、测试，华中理工大学出版社，2006年1月【15】李国丽，电子技术实验指导书，中国科技大学出版社，2000年 【16】谷树忠、倪虹霞、张磊，Altium Designer教程原理图、PCB设计与仿真（第二版），电子工业出版社，2013年12月 附录1：元件清单元件名称规格数量54LS192十进制减计时器6CD4511译码器6七段数码显示器共阴极6CC40233输入与非门174HC04六反相器1电容100uf1电容0.1uf1电阻1.5k1电阻6.5K1电阻1K4开关普通4DM7408N2输入与门1NE555P定时器1蜂鸣器普通1附录2：原理图和仿真图17