籃球競賽秒計時器設計設計（論文）

1、<p>　　*********學院</p><p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）</p><p>　　題 目： 籃 球 競 賽 30 秒 計 時 器 </p><p>　　系 別 ： 電子電氣工程系 1</p><p>　　專 業(yè) ： 電氣自動化技術 1</p><p>　　班

2、 級 ： 1</p><p>　　姓 名 ： </p><p>　　學 號 ： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　完成時間： </b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>

3、;　　籃球競賽30秒計時器</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要……………………………………………………… 第4 頁</p><p>　　第一章 計數器概述 …………………………………………… 第5 頁</p><p>　　1.1計時器的特點及應用 …………………

4、……第5頁</p><p>　　1.2 設計任務及要求 ………………………… …第5頁</p><p>　　第二章 電路設計原理及單元模塊………………… …… ……第6頁</p><p>　　2.1 設計原理……………………………………… 第7頁</p><p>　　2.2 設計方案……………………………………… 第7頁</p>

5、<p>　　2.3 單元模塊 ………………………………………第8頁</p><p>　　2.3.18421BCD碼遞減計數器模塊 ………… 第8 頁 2.3.2 時鐘模塊 ………………………………第11頁</p><p>　　2.3.3 輔助時序控制模塊 ……………………第12頁</p><p>　　2.3.4 譯碼顯示模

6、塊 …………………………第14頁</p><p>　　第三章 安裝與調試……………………………………………… 第16頁</p><p>　　3.1電路的安裝…………………………………… 第16頁</p><p>　　3.2電路的調試…………………………………第16頁</p><p>　　第四章 設計體會……………………………………………

7、 第17頁</p><p>　　結 論 …………………………………………………第18頁</p><p>　　參考文獻……………………………………………… 第19頁</p><p>　　摘 要 </p><p>　　本課程設計是脈沖數字電路的簡單應用，設計了籃球競賽30秒計時器。此計時器功能齊全，可以直接清零、啟動、暫停和連續(xù)

8、以及具有光電報警功能，同時應用了七段數碼管來顯示時間。此計時器有了啟動、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實現斷點計時功能，當計時器遞減到零時，會發(fā)出光電報警信號。本設計完成的中途計時功能，實現了在許多的特定場合進行時間追蹤的功能，在社會生活中也具有廣泛的應用價值。</p><p>　　此計時器的設計采用模塊化結構，主要由以下3個組成，即計時模塊、控制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設計此計時器時，采用模塊化的設計思想，使設計

9、起來更加簡單、方便、快捷。此電路是以時鐘產生，觸發(fā)，倒計時計數，譯碼顯示為主要功能，在此結構的基礎上，構造主體電路和輔助電路兩個部分。</p><p>　　關鍵詞 計時器 ； 光電報警 ； 模塊化. </p><p><b>　　計 時 器 概 述</b></p><p>　　1.1 計時器的特點及應用 </p>

10、;<p>　　隨著社會文明的進步和科學技術的發(fā)展，先進的電子技術在各個學科和技術領域占有不可或缺地位。在我國現代化建設的發(fā)展進程中，數字電子技術的應用也越來越廣泛。而計時器恰恰是數字電子技術的一個重要組成部分，計時器是一個用來實現計數功能的時序部件，它不僅可以用來計脈沖個數，還常用來做數字系統的定時、分頻，執(zhí)行數字運算，以及其他特定的邏輯功能等等。</p><p>　　1.2 設計任務及要求<

11、/p><p>　　1.2.1基本要求：</p><p>　　(1) 具有顯示30秒計時功能；</p><p>　　(2) 系統設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；</p><p>　　(3) 在直接清零時，要求數碼管顯示器滅燈；</p><p>　　(4) 計時器為30秒遞減計時，其計時間隔為1秒

12、； </p><p>　　(5) 計時器遞減計時到零時，數碼顯示器不能滅燈，同時發(fā)出光電報警信號。</p><p>　　1.2.2 設計任務及目標： </p><p>　?。?） 根據原理圖分析各單元電路的功能； </p><p>　?。?） 熟悉電路中所用到的各

13、集成塊的管腳及其功能； </p><p>　?。?） 進行電路的裝接、調試，直到電路能達到規(guī)定的設計要求； </p><p>　　（4） 寫出完整、詳細的課程設計報告。</p><p>　　1.2.3 主要參考器件： </p><p>　　NE555 74LS161（1） 74LS

14、192（2）</p><p>　　第二章 電路設計原理與單元模塊</p><p><b>　　2．1 設計原理</b></p><p>　　30秒計時器的總體參考方案框圖如圖2-1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計數器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路（簡稱控制電路）等五個模塊組成。其中計數器和控制電路是系統的主要模塊。計數器完成30秒計時

15、功能，而控制電路完成計數器的直接清零、啟動、暫停/連續(xù)計數、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。</p><p>　　圖2-1 30秒計時器系統設計框圖</p><p>　　秒脈沖發(fā)生器產生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標準，但本設計對此信號要求并不太高，故電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構</p><p><b>　　

16、成。</b></p><p>　　譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在實驗中可用發(fā)光二極管代替。 </p><p><b>　　2．2 設計方案</b></p><p>　　分析設計任務，計數器和控制電路是系統的主要部分。計數器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數器

17、的啟動、暫停／連續(xù)計數、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號之間的時序關系。在操作直接清零開關時，要求計數器清零，數碼顯示器滅燈。</p><p>　　當啟動開關閉合時，控制電路應封鎖時鐘信號CP，同時計數器完成置數功能，譯碼顯示電路顯示“30”字樣；當啟動開關斷開時，計數器開始計數；當暫停／連續(xù)開關撥在暫停位置上時，計數器停止計數，處于保持狀態(tài)；當暫停／連續(xù)

18、開關撥在連續(xù)時，計數器繼續(xù)遞減計數。</p><p>　　系統設計框圖如圖2-1所示。籃球競賽30秒計時器實驗電路如圖2-2所示。</p><p>　　如果根據實驗所提供的參考器件，還可在秒脈沖發(fā)生模塊上做些變化，前者產生的脈沖周期直接是1秒；如果讓其產生的秒脈沖頻率為10Hz，觸發(fā)脈沖輸出的方波周期為0.1秒，再將該脈</p><p>　　圖2-2 籃球競賽30秒

19、計時器</p><p>　　沖信號送到由74LS161構成的分頻器，由74LS161輸出的脈沖周期為1秒，再將該信號送到計數器74LS192的CP減計數脈沖端。如此就可得到兩個方案，由于兩方案原理相同，故本設計只采用方案一所述，即直接由555多諧振蕩器產生脈沖周期為1秒的脈沖。其電路如圖2-2所示。 </p><p><b>　　2．3 單元模塊</b></p&

20、gt;<p>　　2.3.1 8421BCD碼遞減計數器模塊</p><p>　　計數器選用匯總規(guī)模集成電路74LS192進行設計較為簡便，74LS192是十進制可編程同步加鎖計數器，它采用8421碼二-十進制編碼，并具有直接清零、置數、加鎖計數功能。</p><p>　　圖2-3是74LS192外引腳及時序波形圖。圖中、分別是加計數、減計數的時鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。&

21、lt;/p><p>　　是異步并行置數控制端（低電平有效）， 、分別是進位、借位輸出端（低電平有效），CR是異步清零端，D3-D0是并行數據輸入殿，Q3-Q0是輸出端。</p><p>　　74192的功能表見下表2-1所示。其工作原理是：當=1，CR=0時，若時鐘脈沖加到端，且=1 </p><p>　　圖2-3 74LS192外引腳及時序波形圖</p>

22、<p>　　圖2-3 74LS192外引腳及時序波形圖</p><p>　　則計數器在預置數的基礎上完成加計數功能，當加計數到9時，端發(fā)出進位下跳變脈沖；若時鐘脈沖加到端，且 =1，則計數器在預置數的基礎上完成減計數功能，當減計數到0時， 端發(fā)出借位下跳變脈沖。由74LS192構成的三十進制遞減計數器如下圖2-4所示</p><p>　　圖2-4 8421BCD三十遞減計

23、數器</p><p>　　其預置數為N=（00110000）= (30)10。</p><p>　　它的計數原理是 : 只有當低位 端發(fā)出借位脈沖時 , 高位計數器才作減計數。當高、低位計數器處于全零 , 且 為 0 時 , 置數端 =0, 計數器完成并行置數 , 在 端的輸入時鐘脈沖作用下 , 計數器再次進入下一循環(huán)減計數。</p><p>　　2.3.2

24、時鐘模塊</p><p>　　為了給計數器74LS192提供一個時序脈沖信號,使其進行遞減計數,本設計采用555構成的多諧振蕩電路(即脈沖產生電路),其基本電路如圖2-6示.</p><p>　　其中555管腳圖如下圖2-5示.由555工作特性和其輸出周期計算公式可知,其產生的脈沖周期為: T=0.7(R1+2R2)C 。 </

25、p><p>　　因此,我們可以計算出各個參數通過計算確定了R1取15k歐姆,R2取68k歐姆,電容取C為10uF、C1為0.1uF,.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖,且其輸出周期為1秒.</p><p>　　圖2-5 555管腳圖 </p><p>　　圖2-6 555多諧振蕩電路圖</p><p>　　2.3.3 輔助時

26、序控制模塊</p><p>　　為了保證系統的設計要求 , 在設計控制電路時 , 應正確處理各個信號之間的時序關系。從系統的設計要求可知 , 控制電路要完成以下四項功能 : </p><p>　?、俨僮?“直接清零”開關時 , 要求計數器滅燈。 </p><p>　?、陂]合 “啟動” 開關時 , 計數器應完成置數功能 , 顯示器顯示 30 秒字樣 ; 斷開“啟動”開

27、關時 , 計數器開始進行遞減計數。 </p><p>　　③當 “暫停 / 連續(xù)”開關處于 “暫?！蔽恢脮r , 控制電路封鎖時鐘脈沖信號 CP , 計數器暫停計數 , 顯示器上保持原來的數不變 ，“暫停 / 連續(xù)” 開關處于“連續(xù)”位置時 , 計數器繼續(xù)累計計數。 </p><p>　　④當計數器遞

28、減計數到零 ( 即定時時間到 ) 時 , 控制電路應發(fā)出報警信號 , 使計數器保持零狀態(tài)不變 , 同時報警電路工作。如圖2-7所示.</p><p>　　圖2-7 光電報警電路</p><p>　　當計數到零時,兩計數器借位端輸出多為低（0）,故本設計將高位片借位反饋到二極管負極性端,此時+5V電源經1k電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報警信號,完成報警功能,而在遞減計數時,端輸出為高（1）,二

29、極管不報警.</p><p>　　圖 2-8 輔助時序控制電路圖（時鐘信號控制電路） </p><p>　　接 74LS192 的預置數控制端, 當開關 合上時 , =0,74LS192 進行置數 ; 當 斷開時, =1,74LS192 處于計數工作狀態(tài) , 從而實現功能②的要求，當然本設計只要將啟動信號直接加到置數端，見圖2-2。圖2-8 是時鐘脈沖信號 CP 的控制電路

30、 ,控制 CP 的放行與禁止。當定時時間未到時 ,74LS192 的借位輸出信號路 , =1, 則 CP 信號受 “暫停 / 連 續(xù)” 開關的控制 , 當處于“暫?！?位置時 ,門 輸出 0, 門 關閉 , 封鎖 CP 信號 , 計數器暫停計數 ; 當 處于 “連續(xù)”位置時 , 門 輸出 1, 門 打開 , 放行 CP 信號 , 計數器在 CP 作用下 , 繼續(xù)累計計數。 </p><p>　　當定時時間到時

31、=0, 門 G2 關閉, 封鎖 CP 信號, 計數器保持零狀態(tài)不變。從而實現了功能③、④的要求。注意 ,是脈沖信號 , 只有在 保</p><p>　　持為低電平時,輸出的低電平才能保持不變。至于功能①的要求, 可通過控制 74LS192 的異步清零端CR 實現 ( 圖中未畫出 ) 。</p><p>　　2．3．4 譯碼顯示模塊</p><p>　　此模塊主要是

32、由74LS48譯碼器和共陰極七段LED顯示器組成，通過計數器加到譯碼器，從而實現共陰極七段LED顯示器從30遞減到零的計數顯示功能。</p><p>　　1.74LS48是七段顯示譯碼器，其管腳圖如下圖2-9所示?，F將各管腳功能介紹一下： </p><p>　　A、B、C、D是BCD碼的輸入端； </p><p>　　a,b,c,d,e,f,g是輸出端； </

33、p><p>　　試燈輸入端：低電平有效。當＝0時， </p><p>　　數碼管的七段應全亮，與輸入的譯碼信號無關。本輸入端用于測試數碼管的好壞； </p><p>　　動態(tài)滅零輸入端：低電平有效。當＝1、＝0、且譯碼輸入為0時，該位輸出不顯示，即0字被熄滅；當譯碼輸入不全為0時，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無效的0。如數據0034.5

34、0可顯示為34.5；</p><p>　　滅燈輸入/動態(tài)滅零輸出端：這是一個特殊的端鈕，有時用作輸入，有時用作輸出。當作為輸入使用，且＝0時，數碼管七段全滅，與譯碼輸入無關。當RBOBI/作為輸出使用時，受控于和：當＝1且＝0時，＝0；其它情況下＝1。本端鈕主要用于顯示多位數字時，多個譯碼器之間的連接。</p><p>　　圖2-9 74LS48管腳圖</p><p

35、>　　2.共陰極七段LED顯示器是較常用的顯示數碼管，但在使用時要注意的是：</p><p>　　1.看清楚自己用的數碼管是共陰極還是共陽極的，最好在焊之前用萬電用表測一下它的極性，其管腳圖如下圖2-10所示，如果為共陰極的，其管腳COM端接地；如果為共陽極的，起管腳COM段要接高電平。</p><p>　　2.還要注意在數碼管電路上加上一保護電阻，起限電流的作用。</p>

36、;<p>　　圖2-10 共陰極七段LED顯示器管腳圖 </p><p><b>　　安裝與測試</b></p><p><b>　　3.1 電路的安裝</b></p><p>　　電路安裝要注意幾個原則：</p><p>　　1.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊的等；<

37、;/p><p>　　2. 布線盡量使電源線和地線靠近實驗電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；</p><p>　　3. 最好分模塊安裝等等。</p><p>　　此外焊接時不能出現虛焊、假焊、漏焊，更不能出現過焊，因為有些器件，不能耐高溫，比如焊接三極管時，電烙鐵絕對不能停留太久。</p><p><b>　　3.2 電路的調試</

38、b></p><p>　　調試時應小心謹慎，電路安裝完畢后，首先應檢查電路各部分的接線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件的引腳之間有無短路，器件有無接錯。再接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無異?，F象。如果出現異?，F象，應立即關斷電源，待排除故障后方可重新通電。</p><p><b>　　設計體會</b></p><p&

39、gt;　　這次的實現設計，是我感受最深收獲最大的一次。最為一個電子系的學生，設計肯定是我們以后的發(fā)展方向。這正好是一次最好的理論結合實踐。</p><p>　　從通過理論設計，到仿真軟件仿真，再到確定具體方案，再到安裝實際電路，最后到調試電路、成型。整個過程都需要我充分利用所學的知識進行思考、借鑒。這次的設計可以說是對目前學習知識最全面的檢驗設計過程很復雜很累，但是更覺得充實。</p><p&

40、gt;　　在設計過程中，構想思路很重要，稍微一個小錯誤就會導致后面一大不餓錯誤，因此在這之前我查閱了很多相關的資料書籍。</p><p>　　在設計過程中最難得要屬安裝、焊接過程了，這是是一個考驗人耐心的過程，對電路的安裝、焊接、分析、調試要循序漸進，不能急躁。因為在仿真軟件上較理論上還是存在一定的差距，仿真能出來結果的在實際電路不一定就能出來，這就需要我們有耐心，尋找一個比較正確的調試方法。</p>

41、<p>　　要做好本次的課程設計，熟練掌握課本理論知識是前提。這樣才能對試驗中出現的問題進行一定的分析和解決。能完成本次設計，離不開老師辛勤地指導幫助，老師能在百忙中來指導我，使我能更好地完成設計。總之，感謝老師的指導！??！</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　本設計主要通過模塊化思想，逐步實現設計所需達到的功能要求：<

42、;/p><p>　　時鐘模塊為遞減計數提供一個頻率為1Hz的脈沖信號，從而實現計數器計數間隔為1秒鐘；</p><p>　　計數、譯碼顯示模塊主要是為了達到能顯示遞減計數功能；</p><p>　　報警模塊是為了實現當減計數到零時發(fā)出光電報警信號；</p><p>　　控制模塊主要是為了實現計時器的啟動、直接清零和暫停/連續(xù)功能，其中在直接清零時

43、，由外控制開關控制譯碼器消隱端，從而可以實現顯示譯碼器滅燈；通過暫停/連續(xù)開關從而實現斷點計時功能。</p><p>　　至此，本設計能完成所有任務及要求。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1].王毓銀.數字電路邏輯設計（脈沖與數字電路　第三版）.高等教育出版社.1999</p><p

44、>　　[2].高吉祥.電子技術基礎實驗與課程設計.電子工業(yè)出版社.2002</p><p>　　[3].孫人杰.電路數據手冊TTL電路.電子工業(yè)出版社。1989</p><p>　　[4]. 《中國集成電路大全》編寫委員會.中國集成電路大全TTL集成電路.北京國防工業(yè)出版社.1985</p><p><b>　　畢業(yè)論文中期檢查表</b>