篮球竞赛30s计时器设计·课程设计报告.doc

篮球竞赛30s计时器设计报告名 称： 篮球竞赛30S计时器设计 题 目： 篮球竞赛 30s 计时器设计 院 系： 电气工程学院 班 级： 09电信（z） 学 号： 0902560135 0902560136 学生姓名： 吉春莹 纪永祥 指导教师： 设计周数： 3 成 绩： 日期： 2012 年 5 月 8日摘要：本文设计了一个篮球竞赛30秒计时器。它的主要功能是用两个可预制数减法计数器组成两位二十进制减法计数器实现从30秒递减到0秒。采用了以三十进制计数器作为核心电路。此计数器由两片74LS192构成，一片用做十进制，另一片用做三进制，其组合起来就可构成三十进制计数器。用8421BCD码七段显示译码器可显示从30到0的连续变化。控制电路实现的功能有启动和暂停/连续、译码显示电路的显示、灭灯等。控制器随计数器计数的状态而发生改变。主要解决方案是在篮球竞赛中计时。此电路的优点是可以自动完成计时任务，而且能在30秒结束后发警报光。关键词：控制电路；减法计数器；秒脉冲发生器；数码管前言随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活不可缺少的一部分，特别是在各种竞技运动中，计时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。 在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒限制。一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。 本设计主要能完成：显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯；计时器为30秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。同时本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30秒计时器。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光电报警功能，同时应用了七段数码管来显示时间。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，会发出光电报警信号。本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的应用价值。 此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。一、系统方案1、总体设计方案 该电路包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等5个部分。其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示和灭灯等功能。总体设计框图如下： 2、理论分析与计算原理图四： 单元电路功能及原理1.秒脉冲发生器用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟秒脉冲。555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻Ra.Rb向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过Rb放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过Ra。Rb又开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。 输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：tw1 ： Uc (0) = Vcc /3 V、Uc () =Vcc、 t1=(Ra+ Rb)C、 当t= tw1时，Uc(tw1) =2 Vcc /3代入三要素方程。于是可解出tw1=0.7(Ra+ Rb)Ctw2 ： Uc (0) = 2Vcc /3 V、 Uc () =0V、 t1= RbC、当t= tw2时，Uc(tw2) =Vcc /3代入公式。于是可解出tw2=0.7RbC振荡周期T = tw1+tw2=0.7 ( Ra + 2Rb) C =1 (s)2.计数器 它是由两片74LS192的8421BCD码递减计数器构成。74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的CP+端，端接到下一级的CP-端即可。此计数器预置数为（0011 0000）8421BCD=（30）10。只有当低位1端发出借位脉冲，高位计数器才做减计数。当高，低位计数器全为零时，且CPD为0时，置数端 2，计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。由74LS192构成的8424BCD码30进制递减计数器如下图所示：计数器报警电路译码显示秒脉冲发生器控制电路外部操 作 开 关30s计时器的总体方案框图74192功能表：输 入输 出R CP+ CP- D0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q31 X X X X X X X0 0 X X I0 I1 I2 I30 1 1 X X X X0 1 1 1 X X X X0 1 1 1 X X X X0 0 0 0I0 I1 I2 I3加计数减计数保持3.显示电路用74LS48和共阴极七段LED显示器组成74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线、。端为测试端。在端接高电平的条件下，当=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，ag输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。端为灭零输入端。在=1，条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出ag全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。但当输入A、B、C、D不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。端为消隐输入端。该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端ag均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。另外，该端还有第二功能灭零信号输出端，记为。当该位输入的A、B、C、D=0000且时，此时输出低电平；若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。例如对整数部分，将最高位的接地，这样当最高位为零时“灭零”，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零”功能；而对于小数部分, 应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低位的接至高位的。74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需外接限流电阻。此处要是保持数码管不黑屏就将BI/RB0，RBI置1就可以了，LT是检查数码管的好坏的，如果不需要的话直接接高电平。其他端口按照abcdefg的对应关系连接好以保证显示正确，确保接地成功。输 入输 出显 示 字 型LT RBI BI D C B Ag f e d c b a0 X 1 X X X X1 0 1 0 0 0 0X X 0 X X X X1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 08灭灭1 1 1 0 0 0 0 1 X 1 0 0 0 11 X 1 0 0 1 01 X 1 0 0 1 11 X 1 0 1 0 01 X 1 0 1 0 11 X 1 0 1 1 01 X 1 0 1 1 11 X 1 1 0 0 01 X 1 1 0 0 10 1 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 01 0 1 1 0 1 11 0 0 1 1 1 11 1 0 1 1 0 11 1 0 1 1 0 11 1 1 1 1 0 00 0 0 0 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 0 0 1 1 101234567891 X 1 1 0 1 01 X 1 1 1 1 11 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0无效输出4.辅助时序控制电路 此控制电路可以完成以下四项功能：a、操作“清零”开关，要求计数器清零，b、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。c、当“暂停/连续”开关处于“暂停”是，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数d、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。同时应注意的是如图可以知道两个与非门构成的基本RS出发器，构成防止产生机械开关的毛刺现象，并控制输入信号的输入从而达到，占停计时和继续计时。5.报警电路： 当芯片74LS192（2）产生的借位输出端BO2=0，即输出为低电平时发光二极管工作，发出报警该上图包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等五个部分。其中计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30秒计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。为了保证满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作S3到直接清零开关时，此时要求计时器清零，数码显示灭灯。当启动开关S1闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP（秒脉冲信号），同时计数器完成置数功能，即计数器预置数为（0011 0000）8421BCD=（30）10。只有当低位1端发出借位脉冲，高位计数器才做减计数。当高，低位计数器全为零时，且CPD为0时，置数端 2，计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。译码显示电路显示30s字样；当启动开关S1断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关S2拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停/连续开关拨在连续时，计数器继续累计计数。而每当555芯片构成的多谐振荡器产生一个秒脉冲时，此时控制电路、报警电路和秒脉冲信号一起通过一个与门进入到低位计数端，当计数器 递减到0时，同时译码显示电路显示字样00，此时报警电路由发光二极管发出光电报警信号，这样就达到了设计的目的。总结在此次设计中，我们充分地利用了课本理论知识以及其他参考文献。按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先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设计，但起初感觉无从下手，经过几天的学习与探究，最终完善了一个原理电路。同时在其中遇到一些不解和疑惑的位置，还有一些出现的未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行分析，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和设计理论有了一定的初步认识，从而形成了我们的理论分析能力及其对电子课程设计的一般分析方法。下个学期，我们将此理论设计的原理图用实物来证明其是否达到实际的效果。 七：参考书目1、康华光 电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社. 北京2001年2、余孟尝，数字电子技术基础简明教程（第二版），高等教育出版社，北京市西城区德外大街4号，1999年；3、陈大钦，电子技术基础实验，华中理工大学电子教研室，高等教育出版社，北京市东城区沙滩后街55号，2000年4、唐颖 马杰 王海云 数字电路重庆大学出版社 重庆市 2004年5.谢自美 电子线路设计实验测试。华中科技大学出版社 武汉市 2000年6.彭介华主编.电子技术课程设计指导. 北京：高等教育出版社，19987. 张玉璞，李庆常电子技术课程设计M北京：北京理工大学出版社