篮球竞赛24秒计时器设计-分解.docx

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1、学 号： 课 程 设 计题 目学 院专 业班 级姓 名指导老师年月日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导老师： 工作单位： 题 目: 篮球24秒记时器的设计与制作初始条件：（1） 具备显示24秒记时功能（2） 计时器为递减工作，间隔为1S（3） 递减到0时发声光报警信号（4） 设置外部开关，限制计时器的清0，启动及暂停要求完成的主要任务: 包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等详细要求（1） 设计任务及要求（2） 方案比拟及认证（3） 系统框图，原理说明（4） 硬件原理，完整电路图，采纳器件的功能说明（5） 调试记录及结果分析（6） 对成果的评价及改良方法（7） 总结收获及体会

2、（8） 参考资料（9） 附录：器件表，芯片资料时间支配：6月16日6月19日：明确课题，收集资料，方案确定6月19日6月21日：整体设计，硬件电路调试6月21日6月24日；报告撰写，交设计报告，辩论指导老师签名： 2021年 6月 日 前 言电子课程设计是电子技术学习中特别重要的一个环节，是将理论学问和实践实力相统一的一个环节，是真正熬炼学生实力的一个环节。 在很多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育竞赛，定时报警器, 嬉戏中的倒时器，交通信号灯, 红绿灯, 行人灯, 交通纤毫限制机, 还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提示用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。篮球作为一

3、项全民健身工程，已有确定的历史。在中国，篮球很盛行，篮球竞赛也日趋职业化。篮球竞赛中有一项违例时间要用倒计时器，目前多数采纳的是24秒制。有须要就会有市场，因此设计一款24秒计时器是特别有必要也特别有前景的。该计时器要有递减计时及报警功能。因此符合竞赛中违例判罚的须要。 在NBA竞赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否那么就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛24秒计时器，可用于篮球竞赛中，用于对球员持球时间24秒限制。一旦球员的持球时间超过了24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24秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，限制计时器的干脆清零, 启动和暂停/连续功能；

4、计时器为24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。 整个电路的设计借助于proteus仿真软件和数字逻辑电路相关理论学问，并在proteus下设计和进展仿真，得到了预期的结果。 目录第1章电路方案的选择及电路框图 51.1 设计方案51.2 电路框图5第2章 设计思路及其工作原理的介绍62.1 设计思路62.2 根本原理6第3章 单元电路的设计83.1 24进制计数器的设计83.2 数码显示电路的设计93.3 秒脉冲的设计113.4 限制开关电路的设计133.5 报警电路的设计133.6 整机工作原理14第4章 电路仿真15.154.2计时

5、阶段 164.3暂停连续功能的实现174.4电路报警18第5章 安装及调试步骤19第6章 故障分析与电路改良2020电路的改良.20完毕语21参考文献22附录1 篮球竞赛24秒计时器总电路原理图23附录2 元器件清单24第1章 电路方案的选择及电路框图1.1 设计方案方案一：采纳计数器74LS192作为核心局部。同时选择74LS48作为BCD码译码器来对7段数码显示管进展译码驱动，两个七段数码显示管进展显示。采纳555计时器制成的多谐振荡器，进展秒脉冲的输入。因为我们须要对其进展暂停, 清零, 报警等限制，所以我们运用了两个开关来限制计数器的各功能的实现，从而实现各种功能。方案二：采纳单片机A

6、T89S51作为核心局部，编写程序。用74LS48和7段数码显示管组成显示电路。采纳三个开关限制启动, 暂停, 清零, 报警从而实现各种功能。在两个方案中，单片机价格比拟贵，编写程序繁琐，原理说明性不够强，在考虑到用低本钱都能完成同样的效果的前提下以及此次做的是数字电子技术课程设计，因紧贴数字电子技术的相关学问，所以在本次设计采纳方案一。1.2 电路框图 24秒倒计时计时器的方案框图如图1-1所示。它是由秒脉冲发生器, 计数器, 译码显示电路, 报警电路和限制电路等五个局部组成。其中计数器和限制电路是系统的主要局部。计数器完成24秒计时功能，限制电路完成计数器的干脆清零, 启动计数, 暂停/连

7、续计数功能，译码显示电路完成数字显示功能，报警电路产生光电报警功能。秒脉冲发生器产生时钟脉冲信号，这个信号作为电路的定时标准，其电路可采纳555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡其构成。限制电路计数器报警电路译码显示秒脉冲发生器图1-1 24秒计时器系统设计框图限制电路手动置数计数器，译码显示电路出现显示，秒脉冲发生器产生秒脉冲刺激计数器递减，随之译码显示电路递减。暂停/连续时，限制电路限制秒脉冲发生器暂停/连续秒第2章 设计思路及其工作原理的介绍 本课程设计是脉冲数字电路的简洁应用，设计了篮球竞赛24秒计时器。此计时器功能齐全，可以干脆清零, 启动, 暂停和连续以及具有光电报警功能，同时

8、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，可以便利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，实现了在很多的特定场合进展时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的好用价值。 篮球竞赛记时系统的主要功能包括：进攻方24秒倒计时和计时完毕警报提示。攻方24秒倒计时，当竞赛打算开场时，屏幕上显示24秒字样，当竞赛开场后，倒计时从24逐秒倒数到00。这一模块主要是利用双向计数器74LS192来实现；警报提示：当计数器计时到零时，给出提示音。这局部电路主要通过移位存放器和一些门电路来实现。 此计时器的设计采纳模块化构造，主要由以下3个组成，即

9、计时模块, 限制模块, 以及译码显示模块。在设计此计时器时，采纳模块化的设计思想，使设计起来更加简洁, 便利, 快捷。此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示, 报警为主要功能，在此构造的根底上，构造主体电路和协助电路两个局部。 24秒计时器的总体参考方案框图如图1所示。它包括秒脉冲发生器, 计数器, 译码显示电路, 报警电路和协助时序限制电路简称限制电路等五个模块组成。其中计数器和限制电路是系统的主要模块。计数器完成24秒计时功能，而限制电路完成计数器的干脆清零, 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。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定

10、时标准，但本设计对此信号要求并不太高，故电路可采纳555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。译码显示电路由74LS48和共阴极七段LED显示器组成。报警电路在试验中可用发光二极管和鸣蜂器代替。 主体电路： 24秒倒计时。24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，竞赛开场后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开场进展倒计时，逐秒倒计到零。选取“00这个状态，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门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。第3章 单元电路的设计3.1 24进制计数器的设计计数器选用集成电路74LS192进展设计较为简便，74LS192是十进制

11、可编程同步加法计数器，它采纳8421码十进制编码，并具有干脆清零, 置数, 加减计数功能。图3-1是74LS192引脚排列。图中CU, CD分别是加计数, 减计数的时钟脉冲输入端上升沿有效。PL是异步并行置数限制端低电平有效，TCU和TCD是进位, 借位输出端低电平有效，MR是异步清零端，P3-P0是并行数据输入端，Q3-Q0是输出端。图3-1 74LS192的引脚排列74LS192的功能表见表3-1所示。表 3-1 74LS192功能表输入输出MRCUCDP0P1P2P3Q0Q1Q2Q31000000abcdabcd011加计数011减计数当PL=1，MR=0时，假设时钟脉冲加到端CU，且C

12、D =1那么计数器在预置数的根底上完成加计数功能，当加计数到9时，TCU端发出进位下跳变脉冲；假设时钟脉冲加到CD端，且CU=1，那么计数器在预置数的根底上完成减计数功能，当减计数到0时，TCD 端发出借位下跳变脉冲。由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下列图3-2所示。图3-2 8421BCD二十四递减计数器 其预置数为N=00100100= (24)10。在CD端的输入时钟脉冲作用下，开场递减。只有当低位 TCD 端发出借位脉冲时 , 高位计数器才作减计数。当高, 低位计数器处于全零 , 完成一个计数周期，然后手动置数PL=0, 计数器完成置数 ,再次进入下一循环减计数。 数码显示

13、电路的设计依据设计的要求采纳74LS48译码器来驱动共阴极数码显示管。74LS48芯片是一种常用的七段数码管驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中。74LS48和共阴极七段LED显示器如图3-3连接。这样连接74LS48可干脆驱动共阴极LED数码管而不需像CC4511外接限流电阻。图3-3 显示电路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条限制线。LT()为测试端，低电平有效，当LT()=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。RBI()为灭零输入端,低电平有效。在

14、LT()=1，RBI() =0，且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭。但当译码输入不全为0时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。BIRBI是一个特别的端口，有时作用于输入，有时作用于输出，在这里不多做介绍。74LS48功能表见表3-2。输入输出字形数字LT()RBI()A B C DBI/RBOa b c d e f g012345678911111111111XXXXXXXXX0 0 0 01 0 0 00 1 0 01 1 0 00 0 1 01 0 1 00 1 1 01 1 1 00 0 0 11 0 0 111111111111 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0

15、0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10123456789消隐脉冲消隐灯测试X10X0XXXXX0 0 0 0XXXX0010 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 18表3-2 74LS48的功能表七短数码管的引脚图如图3-4所示，在运用时要留意是共阳还是共阴，其中3脚和8脚相连为公共端，因为此次设计是运用的共阴极数码管，所以在电路中接地，6脚为小数点引脚，在设计中没要求不须要对其处理

16、。图3-4 七短数码显示管的引脚图 秒脉冲的设计依据设计要求，电路须要产生间隔为一秒的时间脉冲，完成正确的计数功能。所以选择NE555定时器来设计此电路。从而产生标准的秒脉冲。NE555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚构造，体积很小，运用起来便利。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器, 单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换, 测量与限制, 定时电路, 家用电器, 电子玩具, 电子乐器等方面有广泛的应用。引脚功能： TH：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，TR()低电平触发端，简称低触发端， CVO：限制电压端，OUT

17、：输出端。DIS：放电端，RES：复位端。工作原理见表3-3表3-3 555定时器限制功能表输 入输 出THRESOUTDISLL导通VCCVCCHH截止 VCCH不变不变VCCHL导通用555集成电路组成多谐振荡电路为系统供应脉冲，如图3-5 所示。R1, R2和C1为外接定时元件，高, 低电平触发输入端项链并接到定时电容C1上，R1和R2的节点与放电端相连，电压限制端不用，通常接0.01uF电容C2。接通电源后，VCC通过R1，R2对C1充电，DIS上升。开场时DISVCC，即高电平触发端THVCC，低电平触发TR()VCC，高电平触发端THVCC，低电平触发端TR()VCC，定时器复位，

18、放电管饱和导通，C1通过R5放电，DIS下降。当DISVCC时，又回到高电平触发端THVCC，定时器又置位，放电管截止，C1停顿放电而重新充电。如此反复，形成振荡波形供应脉冲。公式：Tw1=0.7 (R2 +R5) C1 Tw2=0.7R2 C1振荡周期计算公式：T=0.7 (R2 +2R5) C11s图 3-5 限制开关电路的设计在本次设计中需实现计数器的暂停, 复位和启动限制，为了简洁，我们只需用一个开关来限制启动和复位功能。启动复位开关和74192的11脚相连即可。在这里，主要介绍暂停/连续开关的设计，因为555产生秒脉冲全靠给C1充放电产生，所以只需中断C1的充放电即可，所以在C1的另

19、一端用一个开关限制接地，这就形成了暂停/连续开关。3.5 报警电路的设计 依据设计要求，要产生光电报警，我们采纳5个或门组成一个选择电路，一个发光二极管产生光亮，一个蜂鸣器发出报警。如图3-6所示图 3-6报警电路设计或门OR1的输入与高位74LS192的低两位输出端相连，OR2, OR3与低位74LS192输出端相连。当输出端全部为低电平常OR5的输出才为低电平，此时导通发光二极管和蜂鸣器，产生光电报警信号。3.6 整机工作原理篮球竞赛24秒计时器主要是由秒脉冲发生器, 计数器, 译码显示电路, 限制电路和报警电路组成。限制电路干脆限制计数器启动计数, 暂停/连续计数, 译码显示电路的显示等

20、功能。由附录1可见图中有SW2和SW3两个开关，SW2为置数，SW3为暂停。SW2闭合，74LS192被置数，显示电路出现数字24。完成置数后断开SW2，启动计时。假设此时秒脉冲电路的SW3为断开，那么产生连续秒脉信号输入到计数器，数码管上的数字就会自动减1，闭合SW3，秒脉冲暂停，计数递减暂停，断开SW3又复原计数递减，这就实现了暂停/连续功能。在计数递减的同时，74LS192的8个输出端也随之产生上下电平改变来限制报警电路5个或门的上下电平的改变。由附录1可见，5个或门的排列必需当74LS192的8个输出全为低电平常，换而言之，就是计数到零时，或门最终一个输出的才是低电平，从而触发发光二极

21、管和蜂鸣器，产生亮光和警报声，到达了光电报警的。第4章 电路仿真本次设计采纳的是protues软件仿真，它是一种功能强大的电子设计自动化软件，供应智能原理图设计系统, SPICE模拟电路, 数字电路及MCU器件混合仿真系统和PCB设计系统功能。其不仅可以仿真传统的电路分析试验, 模拟电子线路试验, 数字电路试验等，而且可以仿真嵌入式系统的试验。Proteus供应了大量的元件库 v拜拜吧，有RAM, ROM, 键盘, 马达, LED, LCD, AD/DA, 局部SPI器件, 局部IIC器件等。在编译方面，它也支持Keil和MPLAB等多种编译器。现在我们用Proteus进展仿真，仿真结果如下4

22、.图 4-1 计时预备阶段闭合SW2，断开SW3启动仿真软件，此时74LS192开场工作，高位74LS192输入0010，低位74LS192输入0100，通过74LS48译码，数码管显示出了24秒的字样，进入计时预备阶段。4.图 4-2 计时阶段 断开SW2进入计时阶段，由555产生秒脉冲，从Q端传送到低位74LS192的DN端。个位数码管从4开场递减，当个位递减0时又通过低位74LS192的TCD端传送到高位74LS192的DN端，十位的数字减1。如此周而复始的循环形成倒计时。4.3.暂停连续功能的实现如图4-3图 4-3 暂停/连续功能实现在计时阶段中，由SW3来限制暂停/连续,闭合SW3

23、，555秒脉冲暂停，低位74LS192停顿工作，数码管递减停顿，反之又闭合SW3,555秒脉冲接着进展，低位74LS192接着工作，数码管重新开场递减，又进入计时。4.4.电路报警如图4-4图 4-4 电路报警计数到零时高位和低位74LS192的八个输出端为低电平，传输到或门组成的选择电路。因为全部为低电平所以或门的最终输出为低电平，于是LED灯, 蜂鸣器导通，产生光电报警信号第5章 安装及调试步骤.依据PCB板的规格，设定好各集成芯片的排放位置, 测试各芯片是否与面板接触良好。.用异步可逆双时钟BCD计数器74LS192及相关门实现定时倒计时电路。.当检测出问题后分析其缘由，是元器件本身缘由

24、还是接线错误，更换元件或重新正确接线，保证电路的正确运行。5.4.确定个元器件是否能正常工作。.整体综合连接，测试整体性能。第6章 故障分析与电路改良6.1 故障的分析和解决在实际连线过程中，出现故障几乎是不行防止的。其中接线错误就是第一个一个难以防止的困难。另外一个让人头疼的缘由是试验板与芯片接触不良，导致形成软型故障，难以精确找出故障点。最终，我个人认为还有一个细微环节也不能无视，就是实物图和电脑仿真上的芯片接法并不完全一样，电脑仿真上的芯片很多管脚已经默认接地或接电源了，这些我们在实物图上就必需实际地接上，否那么就会得到错误的结果。在查找故障时，首先要有耐性和细心。同时要开动脑筋，进展仔

25、细的分析和推断。在不通电的状况下，通过目测，比照电路原理图和装配图，检查每一块片是否正确，极性有无接反，管脚有无损坏，连线有无接错包括漏错线, 短路和通电后，通过类比法，上下电平比拟法等方法逐一找出故障点。可能出现的问题：1. 计数过程中出现乱码。缘由就是74LS192芯片的CP端出现接触不良，也就是导线扰动，解决的方法就是断掉电源重新加载。2. 计数周期多于一秒。缘由就是555定时器设置的参数不正确，解决方法就是重新设置好电阻R, 电容C的参数。另外，周期不精确也可能是外加电压大于5V，工作时间久了电容, 电阻发热造成。3. 24到00后接着计数到99.缘由是清零端没接上反应。解决的方法就是

26、加一个反应请零端或者加一个开关来限制，这里就用了后一种方法。6.2 电路的改良 尽管用本电路图所焊接出来的电路板能实现功能，而且电路也很稳定。这也是对本电路的确定。但从运用的过程中，其实还是有值得改良的地方。比方当数码管显示到“00时，能亮灯，那应当是更完备的。但是本电路只有在从“00转到“24是才能亮灯及报警，也就是说报警器慢了1秒钟报警。实际的电路改良：可以先在两个74LS192的输出端接上接二个四输入端与非门。并且接到触发器的输入端，这样能实现当数码管显示到“00时，LED发光且鸣蜂器发出声音，实现报警功能。但是，这样的代价就是使电路更加的困难，所带来的工作量也随之增大。完毕语在此次课程

27、设计中，我们将课本理论学问与实际应用联系起来。依据书本上的学问和老师讲授的方法，首先和同学一起分析探讨此次电路设计任务和要求，然后依据分析的结果进展实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和怀疑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都仔细分析探讨，然后对探讨出的结果进展实际检测校正，对一些疑难问题我们也仔细向相关老师询问请教，和老师一起探讨解决。通过此次电路设计，我们加深了对课本学问的相识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了确定的初步相识。也对数字电子技术有了更深的相识。感谢老师的细心训诲，感谢团队的主动合作，团队的力气是无限的。参考文献1. 杨志忠主编数字电子技术 高

28、等教化出版社20212. 温如坤, 高志敏主编数字电子技术根底试验 湖北汽车工业学院20043. 阎石主编电子技术根底数字局部 高等教化出版社20064. 白中英主编数字逻辑与数字系统 科学出版社20025. 谢自美主编电子线路设计.试验.测试 华中科技高校出版社20016. 朱余钊主编电子材料与元件 西安电子科技高校出版社 20027. 杨志忠主编 数字电子技术 高等教化出版社 20008. 王彦平主编PROTEL99电路设计指南 清华高校出版社 20009. 朱清慧, 张凤蕊主编Proteus教程 清华高校出版社 2021 附录A 篮球竞赛24秒计时器总电路原理图附录B 元器件清单部件类型元件标号封装R61KR3R4R510nFC2C10uFC1C320KR162KR274LS00U1DIP-1474LS04U9DIP-1474LS08U7DIP-1474L S32U11DIP-1474LS32U15DIP-1474LS48UBDIP-1674LS48UADIP-1674LS192U6DIP-1674LS192U5DIP-16555U33555BUZZERBUZ1LS1CON2J1JPDPY_7-SEGDS2SMGDPY_7SEGDS1SMGLEDD1DSW-PBSW3S1SW-PBSW2S1SW-SPSTSW1KG芯片底座假设干