課程設(shè)計---籃球30秒計時器

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　課程設(shè)計名稱： 數(shù)字電路課程設(shè)計 </p><p>　　課程設(shè)計題目： 籃球30秒計時器 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著生活水平的提高，人們對于生活品質(zhì)的高要求。對于

2、時間的準(zhǔn)確越來越發(fā)期盼。比如在田徑，足球等體育運動中時間的分秒必爭顯的更加的不可或缺。在這樣的大背景下，計時器也應(yīng)運而生。特別在于籃球比賽中通常是零點幾秒可以決定各方的悲喜。</p><p>　　人類最早使用的定時工具是沙漏或水漏，但在鐘表誕生發(fā)展成熟之后，人們開始嘗試使用這種全新的計時工具來改進定時器，達到準(zhǔn)確控制時間的目的。在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過30秒，否則就犯規(guī)了。本課程設(shè)計的“籃球競賽

3、30秒計時器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間30秒限制。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 設(shè)計任務(wù)及要求………………………………………..</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理……………………………….</p><p>　　2.1 系統(tǒng)組成…………………………

4、……………………</p><p>　　2.2 工作原理………………………………………………</p><p>　　第三章 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇……………….. </p><p>　　3.1 譯碼顯示電路…………………………………………</p><p>　　3.2 555 多諧振蕩器……………………………………</p>

5、<p>　　3.3 計數(shù)電路 ……………………………………</p><p>　　3.4 控制電路…………………………………………… </p><p>　　第四章 調(diào)試及結(jié)果分析………………. ………………. ……</p><p>　　第五章 心得體會…………………………………</p><p&

6、gt;　　第六章 參考文獻……………………………………………</p><p>　　附錄一 …………………………………………</p><p>　　附錄二 ………………………………………</p><p>　　附錄三 ………………………………………</p><p>　　第一章 設(shè)計任務(wù)及要求</p><p><

7、b>　　〖設(shè)計任務(wù)〗</b></p><p>　　設(shè)計一個符合功能的30秒籃球計時器電路。</p><p><b>　　〖基本要求〗</b></p><p>　　1．具有顯示30秒的計時功能。 </p><p>　　2．系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接置數(shù)、清零、啟動、和暫停功能。</p&

8、gt;<p>　　3．計時器為30秒遞減計時時，其計時間隔為1秒。</p><p>　　4．當(dāng)計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，LED變亮報警。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理</p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　本課程設(shè)計主要包括秒脈沖發(fā)生電

9、路、計數(shù)電路、數(shù)碼顯示電路和報警電路，控制電路是由各外部操作開關(guān)組成，而秒脈沖發(fā)生器是由555定時器構(gòu)成，計數(shù)電路則由計數(shù)器組成。其設(shè)計原理構(gòu)圖如下：</p><p>　　圖2.1 參考原理構(gòu)圖</p><p><b>　　2.2 工作原理</b></p><p>　　脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路等五個模塊組成。其中計數(shù)器和控制

10、電路是系統(tǒng)的主要模塊?？刂齐娐吠瓿捎嫈?shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。當(dāng)啟動開關(guān)閉合時，555振蕩器將產(chǎn)生的信號送至計數(shù)器的DOWN信號輸入端，減計數(shù)器開始工作，完成30秒計時功能。</p><p>　　秒脈沖發(fā)生籃球30秒計時器的總體參考方案框圖如圖2.1所示。它包括控制電路、秒脈器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計對此信號要求并不太高，故電路

11、可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。 </p><p>　　譯碼顯示電路由CD4511和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在設(shè)計中可用發(fā)光二極管代替。 </p><p>　　分析設(shè)計任務(wù)，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停／連續(xù)計數(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)計要求，在設(shè)計控制

12、電路時，應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。 </p><p>　　當(dāng)啟動開關(guān)閉合時，控制電路應(yīng)封鎖時鐘信號CP，同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示“30”字樣；當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；為了簡單起見，我們將暫停與連續(xù)的控制開關(guān)放在555電路模塊中，通過控制脈沖信號的傳送來達到相應(yīng)的目的。最后滅燈電路是通過74LS192的清零端和CD4511的滅燈

13、輸入信號來實現(xiàn)的。當(dāng)計數(shù)器CLR端輸入高電平時清零，而此時在CLR端接一個非門，再將非門的輸出接至CD4511的BI’端，就能保證CD4511的滅燈輸入信號BI’=0，使數(shù)碼管滅燈。從而就完成了滅燈電路的實現(xiàn)。進而實現(xiàn)整個課程設(shè)計的要求。</p><p>　　第三章 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇</p><p>　　3.1、譯碼顯示電路</p><p>　　用發(fā)

14、光二極管（LED）組成字型來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。因為計算機輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進制數(shù)，就必須先把BCD碼轉(zhuǎn)換成 7 段字型數(shù)碼管所要求的代碼。我們把能夠?qū)⒂嬎銠C輸出的BCD碼換成 7 段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進制數(shù)的電路稱為“七段字型譯碼器”因此在本次的設(shè)計中我們采用了常用的74LS48。</p><p>　　在數(shù)字測

15、量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀地顯示出來，一方面供人們直接讀取測量和運算的結(jié)果；另一方 面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。因此，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分。數(shù)字顯示電路通常由譯碼器、驅(qū)動 器和顯示器等部分組成，如下圖所示。下面對顯示器和譯碼驅(qū)動器分別進行介紹。 </p><p>　　數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字設(shè)備中，目前數(shù)碼顯示

16、器件正朝著小型、低功耗、平面化方向發(fā)展。 </p><p>　　數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字形重疊式，它是將不同字符的電極重疊起來，要顯示某字符，只須使相應(yīng)的電極發(fā) 亮即可，如輝光放電管、邊光顯示管等。第二種是分段式，數(shù)碼是由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆劃組成，如熒光數(shù)碼管等。第三種是點陣式，它由一些按一定規(guī)律排列的可發(fā)光的點陣所組成，利用光點的不同組合便可顯示不同的數(shù)碼，如場致發(fā)光記分牌。 </

17、p><p>　　如前所述，分段式數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼的。因此，為了使數(shù)碼管能將數(shù)碼所代表的數(shù)顯示出來， 必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動器點亮對應(yīng)的段。例如，對于8421碼的0011狀態(tài)，對應(yīng)的十進制數(shù)為3，則譯碼驅(qū)動器應(yīng)使 a、b、c、d、g各段點亮。即對應(yīng)于某一組數(shù)碼，譯碼器應(yīng)有確定的幾個輸出端有信號輸出，這是分段式數(shù)碼管電路的主要特點。</p><p>　　74

18、LS48為4線－七段譯碼器/驅(qū)動器（BCD輸入，有上拉電阻），其輸出端（Ya－Yg）為高電平有效，可驅(qū)動燈緩沖器或共陰極VLED。 當(dāng)要求輸出0－15時，消隱輸入（BI）應(yīng)為高電平或開路，對于輸出為0時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，不管其它輸入端狀態(tài)如何，Ya－Yg均為低電平。 當(dāng)RBI和地址端（A0－A3）均為低電平，并且燈測試輸入端（LT）為高電平時，Ya －Yg為低電平，脈沖消隱輸出（RBO）也

19、變?yōu)榈碗娖健?當(dāng)BI為高電平或開路時，LT為低電平可使Ya－Yg均為高電平。 48與248的引出端排列、功能和電特性均相同，差別僅在顯示6和9,248所顯示的6和9比48多出上杠和下杠。</p><p><b>　　引出端符號： </b></p><p>　　A-D 譯碼地址輸入端 </p><p>　　BI/RBO 消隱輸入（低電平

20、有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效） </p><p>　　LT 燈測試輸入端（低電平有效）</p><p>　　RBI 脈沖消隱輸入端（低電平有效） </p><p>　　a-g 段輸出</p><p><b>　　74LS48</b></p><p>　　3.2用555定

21、時器構(gòu)成的多諧振蕩器：</p><p>　　用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖(a)所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號,利用電源VCC通過R1和R2向電容器C充電,使uC逐漸升高,升到2VCC/3時,uO跳變到低電平,放電端D導(dǎo)通,這時,電容器C通過電阻R2和D端放電,使uC下降,降到VCC/3時,uO跳變到高電平,D端截止,電源VCC又通過R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán),振蕩不停,

22、電容器C在VCC/3和2VCC/3之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖(b)所示。</p><p>　　輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計算公式如下:</p><p>　　tW1＝0.7(R1＋R2)C</p><p>　　tW2＝0.7R2C</p><p>　　T＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2)</p&g

23、t;<p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　3.3、計數(shù)電路（74LS192）</p><p>　　計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進行計數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以及其他特定的邏輯功能。</p><p>　　74LS192 為可預(yù)置的十進制同步加/減計數(shù)器（雙時鐘）

24、，其清除端是異步的。當(dāng)清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（CPD、CPU）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（PL）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0～P3）相一致的狀態(tài)；計數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時加在4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0～Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當(dāng)進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPD或CPU，此

25、時另一個時鐘應(yīng)為高電平。 當(dāng)計數(shù)上溢出時，進位輸出端（TCU）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計數(shù)下溢出時，錯位輸出端（TCD）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。 當(dāng)把TCD和TCU分別連接后一級的CPD、CPU，即可進行級聯(lián).</p><p><b>　　74LS192 </b></p><p><b>

26、　　引出端符號 </b></p><p>　　TCD 錯位輸出端（低電平有效）</p><p>　　TCU 進位輸出端（低電平有效） </p><p>　　CPD 減計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效） </p><p>　　CPU 加計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效） </p>&

27、lt;p>　　MR 異步清除端 </p><p>　　P0～P3 并行數(shù)據(jù)輸入端 </p><p>　　PL 異步并行置入控制端（低電平有效） </p><p>　　Q0～Q3 輸出端</p><p>　　3.4、控制電路（清零、置數(shù)、暫停、報警）</p><p>　　

28、圖3.1.1 暫停/連續(xù)電路</p><p>　　圖3.1.2 置數(shù)/啟動控制電路</p><p>　　圖3.1.3 清零/滅燈電路</p><p>　　當(dāng)計數(shù)器74LS192的清零端CLR=1有效時，即可實現(xiàn)對電路進行清零；而當(dāng)清零端無效，置數(shù)端LOAD=0有效時，即可實現(xiàn)對電路的置數(shù)；通過接一與非門對555脈沖發(fā)生器輸出端的脈沖信號進行控制，即可實現(xiàn)對整個電路進

29、行暫停計時，為減小開關(guān)按鍵產(chǎn)生的機械抖動對計時電路的影響，應(yīng)接一RS鎖存器；當(dāng)計時器74LS193的借位輸出端有效時，即可實現(xiàn)報警。3.1.1 暫停/連續(xù)控制電路</p><p>　　電路中通過外部操作開關(guān)控制脈沖信號的連續(xù)與暫停來實現(xiàn)整個電路的連續(xù)與暫停功能。因為555振蕩器本身產(chǎn)生的秒信號就不是很穩(wěn)定，若將開關(guān)接到信號輸出端，在撥動開關(guān)時產(chǎn)生的振動會影響555信號的輸出，從而影響電路的正常工作。所以設(shè)計時，我

30、們將暫停/連續(xù)開關(guān)放在多諧振蕩器的電阻所在支路上，其原理圖如上圖3.1.1所示：</p><p>　　3.4.2 置數(shù)/啟動控制電路</p><p>　　本單元中應(yīng)用了觸發(fā)器的記憶功能來實現(xiàn)置數(shù)信號的關(guān)與閉。電路制作過程中，我們選擇的是按鈕開關(guān)來實現(xiàn)這一功能。但按鈕開關(guān)在使用時要一直按住，很不方便，于是我們就在這部分電路中加了一個RS觸發(fā)器，通過它的記憶功能來簡化操作。電路如上圖3.1.2

31、示：</p><p>　　3.1.3 清零/滅燈控制電路</p><p>　　設(shè)計中要求電路具有直接清零功能并且在清零時數(shù)碼管顯示滅燈。其電路如上圖3.1.3：</p><p>　　第四章 調(diào)試及測試結(jié)果分析</p><p><b>　　4.1 調(diào)試</b></p><p>　　最初通過查找資料和

32、討論，我們最終確定了比較完整的方案，然后用mulitisim進行仿真，一切正常。在焊接過程中，我們對電路模塊一個個焊接，雖然只花費兩天左右的時間，但進展還算順利；但在調(diào)試過程中，我們還是遇到很多問題，比如經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)由于焊接時間太長，溫度過高至使芯片555被燒壞，無脈沖信號輸出，換了以后，信號輸出正常；搞錯了數(shù)碼管的陰陽極性，導(dǎo)致數(shù)碼管管腳的接錯，數(shù)碼管根本不亮，于是我們重新焊接，最終數(shù)碼管正常；另外，最有問題的還是芯片74ls161

33、，因為在原方案里，我們是使用這一芯片作為十六分頻器，但在實際電路里，它卻沒有任何信號輸出，最終被我們發(fā)現(xiàn)并不在使用74ls161,于是信號輸出，電路正常。</p><p><b>　　4.2 結(jié)果分析</b></p><p>　　(1)、555脈沖發(fā)生電路檢查</p><p>　　脈沖波，其頻率近似為一秒。基本符合課程設(shè)計中所需秒我們將555的

34、輸出端3接到示波器上觀察到的波形為一信號的要求。</p><p><b>　　(2)控制電路檢查</b></p><p>　　在電路全部焊接完后，改變各開關(guān)的閉、合狀態(tài)，電路的啟動、連續(xù)、暫停清零等功能均得以實現(xiàn)，電路控制部分正常。</p><p>　　(3)、計時電路檢查</p><p>　　計數(shù)器74LS192與顯示

35、電路相連，接入直流電源，用信號發(fā)生器給計數(shù)器一個1s的脈沖信號，觀察計數(shù)器的計數(shù)功能，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼顯示是在從30遞減至0的過程中未出現(xiàn)有4和7的數(shù)，上述情況表明計數(shù)電路接觸良好，但置數(shù)出現(xiàn)問題。</p><p>　　解決方法：1）檢查兩片74LS192的數(shù)據(jù)輸出端所連的置數(shù)電路，看是否有連線錯誤； </p><p>　　2）選擇被用作低位顯示的那片74LS192作為檢測對象，在數(shù)碼顯示的整個過

36、程中用萬用表測量Qc對應(yīng)的6管腳的電壓?？词欠裼袝r會有高電平。</p><p>　　(4)、報警電路檢查</p><p>　　將秒信號接入計數(shù)電路，按下啟動電路，觀察計數(shù)為0時發(fā)光二極管的像工作情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)數(shù)碼顯示為00時，發(fā)光二極管發(fā)光，說明報警電路光電報警功能已經(jīng)實現(xiàn)。</p><p><b>　　第五章 心得體會</b></p>

37、;<p>　　這次的數(shù)電課程設(shè)計，對我的理論知識和實踐能力有很大的幫助和提高。</p><p>　　首先在課題的設(shè)計過程中，不僅要運用到課堂學(xué)到的知識，還需要查閱不少芯片手冊，閱讀有關(guān)數(shù)字電路設(shè)計的資料，這些都是制作電路必須的理論準(zhǔn)備。在動手過程中，要對電路進行焊接，以及最后繁瑣的調(diào)試與分析等。每一個環(huán)節(jié)都很重要的。</p><p>　　在本次的課程設(shè)計中通過選題，找材料，分

38、析、設(shè)計等，也掌一些軟件的操作方法，這為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊。整個設(shè)計實現(xiàn)了從單一的理論學(xué)習(xí)到解決實際問題的轉(zhuǎn)變。通過本次的課程設(shè)計，我最大的收獲就是提高了自身的動手能力，培養(yǎng)了我的尋求解決問題的能力和團隊精神也增強了我其它方面的能力。在設(shè)計中，我充分應(yīng)用我們所學(xué)的知識，例如：集成電路74LS系列、整定時器555等元件的應(yīng)用。這次實踐使我受益匪淺，在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強了我的實際操

39、作能力。在讓我體會到設(shè)計電路艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。這次設(shè)計所用的的工具是protel99 SE、EWB,由于接觸過這兩個軟件，所以畫圖和仿真就比較方便，使設(shè)計的質(zhì)量得到了保證。</p><p>　　課程設(shè)計提高我的綜合動手能力和工程設(shè)計能力，它使我的理論知識得到了綜合應(yīng)用，培養(yǎng)我綜合運用所學(xué)理論的能力和解決較復(fù)雜的實際問題的能力。</p><p>　　電子技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出

40、系統(tǒng)集成化，自動化，設(shè)計自動化，用戶專業(yè)化和測試智能的優(yōu)勢，作為一個大學(xué)生。我們必須時代的發(fā)展，這使我們必須要擴展自己的知識，并利用計算機來輔助分析和設(shè)計，這對我們是有益的。</p><p>　　課程設(shè)計的自主設(shè)計、學(xué)習(xí)和研究過程中，通過寫課程設(shè)計的總結(jié)報告，初步訓(xùn)練我的書面表達能力。組織邏輯能力，這些技能應(yīng)用性強，對我的將來就業(yè)和進一步發(fā)展幫助較大。同時也加強了對課本知識的理解，使我們做到理論和與實際的聯(lián)系，收

41、獲很大。并且我也深深地體會到自己所學(xué)知識的不足，激發(fā)了我的自學(xué)能力和應(yīng)對挑戰(zhàn)的能力。為今后學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實，戒驕戒躁的作風(fēng)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、《電子電路設(shè)計與實踐》姚福安編著 山東科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　2、《電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》 粱宗善 華中理工大學(xué)

42、出版社</p><p>　　3、《數(shù)字邏輯電路設(shè)計與實驗》繩廣基編著 上海交通大學(xué)出版社 </p><p>　　4、《數(shù)字集成電路應(yīng)用300例》黃繼昌等主編 人民郵電出版社</p><p>　　5、《電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書》李國麗、朱維勇主編 中國科技大學(xué)出版社</p><p>　　6、《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分》康華光主編 高教出版</p&