篮球竞赛24s计时器的设计.doc

京北职业技术学院课 程 设 计（说明书）篮球竞赛24s计时器的设计班级 / 学号 学 生 姓 名 王立柱 指 导 教 师 李转芳 京北职业技术学院课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 数字电路课程设计 院（系）电子信息工程学院 专业 电子信息工程 班级 211 学号 姓名 王力柱 课程设计题目 篮球竞赛24s计时器的设计 课程设计时间: 2013 年 1 月 13 日 至 2013 年 1 月 26 日课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个篮球竞赛24s计时器电路，技术指标如下：具有显示24s计时功能；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；计时器为24s递减计时器，其计时间隔为1s；计时器递减计时到零时，发光电报警信号。二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2. 陈光明等主编电子技术课程设计与综合实训M北京：北京航空航天大学出版社，2007年3. 戴伏生主编基础电子电路设计与实践M北京：国防工业出版社，2002年4. 谭博学主编集成电路原理与应用M北京：电子工业出版社，2003年5. 华满清主编电子技术实验与课程设计M北京：机械工业出版社，2005年6. 阎石主编数字电子技术基础M北京：高等教育出版社，2008年7. 谢自美主编电子线路设计·实验·测试M武汉：华中科技大学出版社，2006年五、按照要求撰写课程设计报告指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日成绩评定表评语、建议或需要说明的问题：指导教师签字： 日期：成 绩一、概述篮球竞赛中规定球员得球后，必须在24s内将球投出，否则将被判犯规，设计篮球竞赛24s计时器是用于自动测量时间，时间超出24s报警器发出警报，比赛双方发球后，计时器开始倒计时，当比赛暂停时，可控制开关暂停计时，开始后又可以接着原来的时间倒计时，当一方投球后，计时器重新从24s计时，几时过程通过数码管显示，提醒球员剩余时间，通过该计时器能为比赛计时提供方便。二、方案分析该系统的设计主要由直流稳压源，脉冲信号发生电路，计时器电路，译码器显示电路，报警电路和外部控制电路组成。其中计时器电路和外部控制电路是系统的主要部分，当这两部分电路解决了，其余的问题就迎刃而解了。计时器电路负责完成24s计时，控制电路负责启动计数、直接清零、暂停/连续功能、这些功能主要由对74ls192和与门电路来控制，脉冲电路由555定时器组成的多谐振荡器提供1s的脉冲信号，报警电路由发光二极管组成。该计时器的设计完成了中途计时功能，在篮球比赛中起到了重要作用。 方案原理框图如图1所示。报警电路脉冲发生电路计数器电路译码显示电路 控制电路图1 原理框图三、电路设计1.直流稳压电源电路 将220V50Hz的交流电先经过变压器变压，再经过滤波电路进行滤波处理，然后经过稳压管稳压。其电路图如图2所示.图2 直流稳压电源电路图2.脉冲信号发生电路秒脉冲信号发生器采用555构成的多谐振荡电路，由于要产生1s的脉冲信号，根据公式可以确定参数的取值：R1=51k，R2=47k，C2=10uF。产生的脉冲周期：T=0.7（R1+2R2）C2=1s。其仿真电路图如图3所示。图3 秒脉冲发生电路图3.倒计时电路该电路主要由两片74ls192构成，该芯片是同步可逆双时钟计数器，UP/DOWN端分别是加/减计数器的输入端，当置数控制端LOAD=0，清零端CLR=0，UP=1，DOWN端接脉冲信号，计数器在预置数的基础上完成减计数，减数完成后，BO端输出错位负跳变脉冲。为达到24进制减法计数，采用两片芯片级联的方式，低位的错位信号作为高位的时钟信号，高位的借位信号通过与非门控制低位的时钟信号，这样就可以达到计数完成后，数码管停在00状态，其电路图如图4所示。图4 倒计时电路图 4. 译码显示电路该电路由两片4511和两个数码管构成，4511有四个输入端与计时器的四个输出端连接，七个输出端口接上电阻与数码管相连，EL端接低电平，BI/LT端接高电平，其仿真电路图如图5所示。图5 译码显示电路图5. 报警电路报警电路由一个发光二极管和一个电阻组成，当倒计时完成到00时，高位计数器BO端会输出低电平，二极管导通发光。其仿真电路图如图6所示。图6 报警电路图6. 控制电路 控制电路有三个控制开关，J1为暂停/连续开关，接通时为暂停，断开为继续计时；J2为启动开关，接通为启动倒计时，断开则又预置位24；J3为直接清零开关，断开为直接清零。其电路如图7所示。图7 控制电路图四、性能的测试1.直流稳压电源的测试经测试，输出的电压满足要求，测试电路图及测试结果如图8所示。图8 直流稳压源测试电路及结果显示图2.秒脉冲电路测试 参数选定后，将输出的脉冲信号接示波器观察波形，测试电路如图9所示，测试波形如图10所示。图9 秒脉冲测试电路图图10 秒脉冲测试结果显示图 3.电路整体性能测试该计数器的设计主要有六大模块，有直流稳压源模块，秒脉冲信号发生模块，计数器模块，译码显示模块，报警模块，控制模块。其中直流电源部分由整波电路和稳压管来实现，输出电压比较稳定；秒脉冲由555定时器构成的多谢振荡器来实现，选定好参数就能输出秒脉冲，虽有微小误差，但可忽略不计；计数器由两片74ls192构成，低位预置成4，高位预置成2，低位的BO端连接高位的DOWN端，高位的BO端经与门接入地位的DOWN端，此时当计时器从24s倒计时到00秒时，两个74ls192就停止计数了，达到00一直显示的目的；译码显示由两片4511和两个共阴极的数码管组成；报警器是一个发光二极管，其阳极接高电平，阴极接高位计数器的BO端，当倒计时到00时，高位计数器BO端输出低电平，发光二极管工作，发出警报；控制模块有三个控制端，分别是暂停/连续开关，启动开关，直接清零开关，其中暂停/连续开关经与门接至低位计数器的DOWN端，启动开关接两计数器的LOAD端，直接清零开关接两计数器的CLR端，经仿真得知，启动任意开关都能实现相应的功能。五、结论该计时器的设计总体还是比较理想的，测试后出现了缺陷，但这个缺陷并不影响计时器正常工作，当启动清零开关时，由于高位计时器的BO端输出低电平，报警器也工作，要解决这个问题就需要多加锁存器电路，此时电路就变得复杂的多，工作量也随之变大，综合考虑，清零时报警也有利于提醒工作人员，所以该项缺陷在另一方面也可以说个优点。除了此项缺陷，电路的整体性能还是比较好的。六、性价比 这次的设计的计数器，其性价比还是比较高的，首先，总体电路比较简单，而且所要求的全部功能都能实现，其次所用到的器件都是集成度低的，常见的，市场价也很便宜，总体来说，性价比比较好。 七、课设体会及合理化建议 短短十几天的课程设计让我收获很大，在学完通信电子线路，模拟电子电路，数字电路等几门课后，对这几门课程的具体作用一无所知，但经过了这次课设，把理论知识与实践结合起来，认识到了理论知识的重要性，刚开始拿到课题，不知道从何开始着手，经过在图书馆查阅资料，网上查找之后，对课题有了基本的思路，有了思路，基本上就成功了一半，设计完之后就开始进行仿真，仿真过程也经历了不少困难，偶尔会出一些小错误，致使无法运行，所以仿真也需要耐心谨慎，出现错误是要仔细检查问题出在哪里，仿真还要遵循模块化思想，把每个模块仿真成功后再将每个模块连接在一起，这样即使出了问题也容易查找并解决。在这次课程设计中我学到了理论课中所学不到的东西，不仅动手能力得到了很好的锻炼，而且所学的理论知识也得到了巩固和加强，在以后的工作当中，需要的就是实践能力，所以，掌握这项能力很有必要。同时，这次课设也让我们对本专业的兴趣有所提高，平时所学的理论知识都是枯燥无味的，能给我们这么好的机会做出生活中有用的东西，我认为兴趣不仅提升了，信心也增长了。这次课设的成功离不开老师的热心帮助，老师不仅帮我们解决设计中的问题，还帮我们开拓思维，耐心的把每个细节讲解给我们听，让我们学到了更多的知识。 参考文献1 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2 华满清主编电子技术实验与课程设计M北京：机械工业出版社，2005年3 阎石主编数字电子技术基础M北京：高等教育出版社，2008年4 杨欣，王玉凤主编电子设计从零开始M北京：清华大学出版社，2010年5 高平主编电子设计制作完全指导M北京：化学工业出版社，2009年附录I 总电路图附录II 元器件清单序号编号名称型号数量1U1 U2 计数器74LS192D22U3三输入端与门74LS11N13U4 U5译码器4511BD24U6定时器LM555CN15U7 稳压管LM7805CT16U9U10数码管共阴极27D1全波桥式整流器3N24618R1电阻51k19R2电阻47k110R3R16电阻1001411R17电阻680 112R18R20电阻1k 313C1电容0.01uF 114C2电容10uF 115C3电容1000uF 116J1J3单刀单掷开关 317LED1发光二极管红 118T1变压器 1