课程设计篮球比赛计时器.docx

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课程设计篮球比赛计时器

成绩

课程设计说明书

题目：

篮球比赛计时器

专业：

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年级：

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学生：

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学号：

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指导教师：

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完成日期：

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篮球比赛计时器设计

摘要：

本设计是对脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛24秒和12分钟倒计时器。

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报警功能，同时应用了七段数码管来显示时间。

此计时器拥有了启动、暂停和继续的功能，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效果，在社会生活中也具有广泛的应用价值。

此外，设计出的篮球计时器能够在我国大部分条件下使用，对于我国篮球事业的发展具有重要意义。

关键词：

计数器，24秒倒计时，译码显示电路，控制电路，报警电路

Abstract：

Thisdesignispulsedigitalcircuit'ssimpleapplication,designthebasketballcompetitionand24secondsand12minutespourtimer,Thetimerfunctiontobecomplete,canbedirectlyreset,start,stopandcontinuousandanalarmfunction,atthesametime,theapplicationofthesesevendigitaltubetodisplaytime.Thetimerhavestart,stopandcontinuetofunction,canberealizedbreakpointtimingfunction,whenthetimerdeclinetothezerohour,willbeissuedawarningsignal,Thedesignofthetimetocompletethefunction,realizedinmanyoccasionsatrackontheeffect,insociallifealsohavewidelyapplicationvalue.

Keywords:

Counter,12and24secondsthecountdown,Decodeshowcircuit,Controlcircuit,Alarmcircuit

1前言

▪1.1设计背景

随着经济的迅速发展以及人民生活水平的不断提高，广大人民对精神文明的追求也不断提高。

特别是21世纪以来，篮球事业的迅猛发展，让很多人体会到了篮球运动的魅力。

为此，在充分理解篮球比赛规则的基础上，设计出简易的篮球比赛计时器，此篮球计时器简单，精度高，充分体现了篮球比赛的公平公正，适合国家篮球运动普及和青少年篮球运动的发展。

对我们来说是，这个课题比较适合初学者设计。

1.2设计概述

基于篮球计时器的一些优势如原理简单，设计的器件大多为较为常见的器件等。

篮球比赛计时器实际上是一种多功能倒计时装置，它包括12min、24s倒计时，按键启停功能和自动音响提示等。

本次课题主要目的是培养我们自主动手设计能力和解决问题的能力，加强我们对数字信号、模拟信号的认识和运用，让我们对电子设计有一定的认识。

1.2.1设计目标

设计一个包括12min,24s的多功能篮球比赛倒计时装置

基本功能：

①篮球比赛上下半场四节制，每节12min，要求能随时暂停，启动后继续计时，一节比赛结束后应可清零。

②按篮球比赛规则，进攻方有24s为倒计时。

要求进攻方得到发球权后，必须在24s内完成一次进攻，否则将球权判给对方，因此需要一个具有24s的倒计时功能。

③“分”、“秒”显示用LED数码管，应配用相应译码器。

用扭子开关控制计时器的启动／暂停。

1.2.2技术路线

要实现该设计，就应把整个电路分为几大模块。

分别是秒脉冲发生器模块，显示模块，分计时器模块，秒计时器模块，报警模块，节次计时器模块。

先通过对各个模块进行设计、调试之后再将其组合起来进行整机调试。

▪1.2.3实施计划

首先就是要理清实现设计的框图，在总体框图的指导下，作出具体的电图，由要设计实现的功能，计算出各个电路元件的值，并逐一对各个元件进行选择。

最后用仿真软件对设计进行仿真操作，调试软件，并对照出的设计有误的地方进行必要的修正，确保设计的正确。

1.2.4必备条件

要实现该电路的设计，首要的就是要制定出设计的实现框图，并在老师的指导和参照资料的条件下作出具体电路图，选定实现实现该设计的各种元器件。

另外，还应由必要的软件帮助设计的完善和校验。

例如本次设计，我们就用到了protues这一软件来辅助我们的篮球比赛计时器的设计和调试。

2总体方案设计

对同一种目的的实现，可以用不同的方案，下面就着重介绍以下两种方案对同一目的的实现方法。

并比较两种方案的优劣。

2.1方案比较

2.1.1方案一

系统框图如图2.1.1所示:

图2.1.1方案一的系统框图

工作原理简述：

接通电源后，场外裁判将计时器开关拨到"置数"状态，锁存器处于禁止状态，计时显示器显示12:

00和24数字。

主裁判抛球时，计时开始，若双方有暂停或犯规，裁判暂停计时，此时计数被锁存，暂停结束，计数继续。

此外，24秒进攻时间到时，报警提示响起，转而进入下一个24秒进攻阶段，每小节时间结束时，报警同样响起，节数增加一。

2.1.2方案二

系统框图如图2.1.2所示:

图2.1.2方案二的系统框图

工作原理简述：

接通电源后，场外裁判拨到单节"置数"状态，使的显示屏上显示12:

00和24的字样，当主裁抛球，比赛开始，同时计时开始，12分和24秒倒计时，如果在比赛当中有犯规或其他情况需要暂停，裁判按下“暂停”按钮，时间被锁存器锁存，等罚完球或者情况处理完后，按下按钮，24秒清零，计时继续。

如果在比赛当中出现进攻时间超过24秒。

此时警报响起，报警灯提示。

如果比赛时间少于24秒，则以比赛时间为准，忽略进攻时间。

一旦12分钟计时结束，同样报警提示。

当下一节比赛开始，比赛节数就加一，直到四节比赛结束。

2.2方案论证

方案可行性分析：

对于方案一不可行，因为缺少几个重要的计时器的功能；报警声电路和提示音电路不能用一个电路实现，是因为报警声是连续的，因此需要一个单稳态电路和一个多谐震荡电路。

而提示音是间断的，只需一个多谐震荡电路即可。

并且它们的工作状态不同，对其元件的参数设置也就不同。

至于置数功能，不能将24秒进攻时间结束后很好的置回到24秒。

对于方案二可行，是在方案一的基础之上进行修改和完善的。

实现报警电

路和提示音电路分开，以达到各自的工作状态；使计数器的功能更加独立完善，彼此不会产生干扰。

另外，更加具有操作性。

2.3方案选择

比较方案一和方案二可以看出，方案二比方案一更加可靠，而且使用到的元器件也都是我们所常用到的一些元件比如：

555，CD4511、74LS192以及开关、电容、电阻、各种门电路等一些我们所学过，用过的基本器件；从操作行和可行性上说方案二思路清晰，成品的使用方便等优势；从自身的势力上来说，方案二略显复杂一些，但由于本次设计是第一次将数字电子电和模拟电子运用于实际的电路设计中，我们尚未完全的掌握这2门知识，对电路还不能达到最优化的设计，所以综合各个方面的因素，我选择了方案二作为本次课题的主要研究对象，本文也将注重介绍方案二的设计方法。

3单元模块设计

本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。

3.1秒脉冲发生器的设计

该部分电路要完成一个功能，也是该设计的驱动部分：

由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源，protues仿真如下：

图3.1555多谐振荡器

用555组成的脉冲产生电路:

R1=15*103Ω，R2=68*103Ω，C=10μF，则555所产生的脉冲的为:

f=1.43/[（R1+2*R2）*103*10*106=0.947Hz。

3.212分倒计时器的设计

该部分主要由555定时器、十进制同步加／减计数器74LS192减法计数电路、CD4511译码电路和4个7段数码管及相关电路组成。

运用2片可逆计数器74LS192来构成60进制的减计数器。

这个计数器的低位即个位，不需要搭接任何反馈电路而直接运用74LS192芯片的减计数功能：

时钟脉冲接到DN端，置数、清零端无效，即可以实现十进制的倒计时计数功能。

而最低位的计数变化应当与时钟脉冲的变化同步。

所以，原则上应当将时钟脉冲直接引到这片192计数器的减计数时钟脉冲输入端DN。

该计数器的高位即十位，与低位的计数进制不相同。

由于时间的分和秒都是60进制，所以这里的计数芯片74LS192必须要接成六进制的计数器。

这里，我选用反馈置数的方法来实现这个功能。

置数时，输出的数是与输入的数是一样的，所以我设置的数是5（二进制0101），这样，当计数器从0变到9时，由于进行了异步置数，9就在瞬间变成了5，计数输出的结果就变为0→5→4→3→2→1→0，实现了六进制的功能。

12分钟倒计时分部分。

也是运用两片可逆计数器74LS192来构成减计数器。

在两片计数器的连接上，与秒部分一样。

也是把低位的借位信号作为高位的时钟脉冲进行连接。

而低位计数器的时钟脉冲则是用秒部分高位计数器的借位输出信号来充当的。

运用以上两个计数器组合，就在低位计数器从0变到9或从0变到5的瞬间，在它的借位输出端出现一个电平的上升脉冲沿，从而使高位的计数器倒倒计一个数，实现倒计时功能，仿真如下：

图3-4

图3.212分倒计时器

3.324秒倒计时器的设计

24秒计数器的倒计时功能。

用两片74LS192分别做个位（低位）和十位（高位）的倒计时计数器，由于本设计只需要从开始时的“24”倒计到“00”然后停止，所以可以直接运用十进制的74LS192进行减计数。

因为预置的数不是“00”，所以我选用置数端PL来进行预置数。

低位的借位端TCD输出低电平用作高位的时钟脉冲，仿真如下：

图3.324秒倒计时器

图3-6

3.4译码电路和显示器的设计

译码电路的功能是将“秒”、“分”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。

用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有CD4511。

CD4511是BCD-7

段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且低电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。

若将“秒”、“分”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。

其特点是，具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可以直接驱动LED显示器。

仿真如下：

图3.4译码器和显示器的设计

3.5节次电路的设计

将这四个D触发器依次命名为D1、D2、D3、D4。

四个D触发器级连，前一个输出送入下一个输入，用一个共同的时钟脉冲，形成同步动作。

为了保证每次输出只有一位是高电平，用个或门把Q2、Q3进行或运算后，送入或非门与Q1进行运算后送回D1。

当