篮球比赛24秒计时器任务书 2解读Word格式.docx
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及
任
务
篮球比赛24秒计时器
设计要求：
1、具有24秒计时功能。
2、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。
3、在直接清零时，要求数码显示器灭灯。
4、计时器为24秒递减时,计时间隔为1秒。
5、计时器递减到零时，数码显示器恢复为显示24秒并保持，同时发出光电报警信号。
注：
要求采用EWB完成篮球比赛24秒计时器的硬件电路设计及仿真
进
度
安
排
起止日期
工作内容
2012．12.24
讲述设计内容及基本原理
2012．12.25-2012.12.26
进行篮球比赛24秒计时器的设计
2012．12.27-2012.12.28
进行篮球比赛24秒计时器的仿真、检查。
主
要
参
考
资
料
《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编 华中理工出版社
《数字电子技术基础》阎石主编
高等教育出版社
《电子技术基础实验》陈大钦主编
指导教师（签字）：
年月日
系（教研室）主任（签字）：
（电子技术）
设计说明书
（题目）
起止日期：
2012年12月24日至2012年12月28日
学生姓名
刘宝雨
班级
测控1002班
学号
10401600244
成绩
指导教师（签字）
电气与信息工程学院
2012年12月20日
目录
目录――――――――――――――――――――――１
前言―――――――――――――――――――――――――２
1、总体设计思路、基本原理和框图―――――――――――３
1.1设计思路―――――――――――――――――――――――３
1.2基本原理―――――――――――――――――――――――３
1.3倒计时设计总体框图――――――――――――――――――４
2、各芯片的用法和功能――――――――――――――――５
2.1.174LS48――――――――――――――――――――――５
2.1.2555定时器―――――――――――――――――――――７
2.1.374LS192――――――――――――――――――――――７
2.1.4共阴极数码管――――――――――――――――――――８
2.2
主要单元模块―――――――――――――――――――８
2.2.1信号发生部分――――――――――――――――――――９
2.2.2倒计时部分―――――――――――――――――――――９
2.2.3停止控制电路-------------------------------------------------------------10
2.2.4警报提示电路-------------------------------------------------------------11
3、总设计（总电路图）―――――――――――――――１2
4、故障分析与电路改进―――――――――――――――１3
5、总结―――――――――――――――――――――１4
6、心得体会――――――――――――――――――――１４
7、参考文献――――――――――――――――――――１６
前言
数字电子技术课程设计是一个基础性和应用性很强的学科，重点在于理论与实际相结合，加强对设计能力的培养和训练。
如今在许多领域中计时器均得到普遍应用。
例如在篮球比赛中规定了球员的持球时间不能超过24秒否则就违例了。
本课程设计“智能篮球比赛倒计时器的设计”可用于篮球比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违例。
通过篮球比赛24秒倒计时器的设计能使我们在查阅资料、设计方案、参数选择、电路设计、系统仿真调试等方面得到训练并在电路设计方面具有进一步发挥的余地。
本次课程设计就是要采用555定时器构成多谐振荡器,由74LS192和七段数码管构成计时显示电路,开关构成的控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/继续计数、复位等功能，来组合成一个“智能篮球比赛倒计时器”。
当控制电路的开关闭合时在数码管上显示数字24每个秒脉冲输入计数器时数码管上的数字会自动减1当计时器减到0时报警电路发出光电报警信号。
整个电路的设计借助于EWB仿真软件以及数字电路相关理论知识，并在EWB下设计和进行仿真，得到了预期的结果。
★1、总体设计思路、基本原理和框图
◆1.1设计思路
本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛24秒计时器。
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光电报警功能，同时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，可以方便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，实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的实用价值。
篮球竞赛记时系统的主要功能包括：
进攻方24秒倒计时和计时结束警报提示。
攻方24秒倒计时，当比赛准备开始时，屏幕上显示24秒字样，当比赛开始后，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。
这部分电路主要通过移位寄存器和一些门电路来实现。
此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。
在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、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，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。
◆1.2基本原理
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、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个模块组成。
其中计数器和控制电路是系统的主要模块。
计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、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时标准，但本设计对此信号要求并不太高，故电路可采用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。
报警电路在实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，比赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，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。
◆1.3倒计时设计总体框图
图1倒计时设计总体框图
◆各框图功能与联系：
1.秒脉冲发生器：
由555定时器构成多谐振荡器，输出矩形脉冲，为递减计数器提供触发脉冲。
2.控制电路：
控制计数器的复位，计数和暂停。
3.递减计数：
在脉冲和控制电路下进行递减计数（是整个电路的核心部分）。
4.译码驱动：
将递减计数器当前的二进制值翻译成十进制值并显示出来。
5.报警电路：
按照实验要求进行光电报警。
★2、各芯片的用法和功能
◆2.1.174LS48
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条控制线。
端为测试端。
在端接高电平的条件下，当
时，无论输入端A、B、C、D为何值，a～g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。
端为灭零输入端。
在
，条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出a～g全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。
但当输入A、B、C、D不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。
RBO端为消隐输入端。
该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端a～g均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。
另外，该端还有第二功能——灭零信号输出端。
当该位输入的A、B、C、D=0000时，此时输出低电平；
若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。
若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。
74LS48功能表：
74ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能表
十进数
或功能
输入
BI/RBO
输出
备注
LT
RBI
DCBA
a
b
c
d
e
f
g
H
0000
x
0001
0010
0011
0100
0101
0110
7
0111
8
1000
9
1001
10
1010
11
1011
12
1100
13
1101
14
1110
15
1111
BI
xxxx
L
◆2.1.2555定时器
555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；
当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。
R2又开始充电；
周而复始，形成振荡。
则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。
在本次设计过程中，我们采用555定时器构成多谐震荡电路，以此为74ls192提供计数脉冲。
由于计数最小间隔为0.1s，即频率为10Hz，根据所构成的电路以及多谐振荡器频率计
算公式：
◆2.1.374LS192
74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。
当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的CP+端，端接到下一级的CP-端即可。
74192功能表：
操作
×
清零
置数
↑
加计数
减计数
保持
◆2.1.4共阴极数码管
共阴极数码管的管脚如图所示，其中标注共极的管脚接电源和地，标注字母的管脚分别接译码器的对应输出端；
DP控制小数点的显示，若不需要显示，则该端口接电平或是悬空，若需要显示，则接高电平；
共阴极数码管当输入高电平时显示。
◆2.2
主要单元模块
◆2.2.1信号发生部分
秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。
电路图如下图所示。
当开关断开时，555定时器产生周期为1s的脉冲；
当开关闭合时，电路不能输出信号，于是没有脉冲输入74LS192中，故74LS192在保持状态，即实现暂停功能。
图2信号发生电路
◆2.2.2倒计时部分
24秒倒计时电路。
这部分电路的主体部分在时钟脉冲的输入情况下工作，下面进行具体分析。
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，由于本系统只需要从开始时的“24”倒计到“00”然后停止，所以，这里的高位不需要做成六十进制的计数器。
因为预置的数不是“00”，所以我选用置数端LOAD来进行预置数。
时钟脉冲分别通过两个与门才再输进个位（低位）的down端，当停止控制电路送来停止信号时，截断时钟脉冲，从而实现电路的停止功能。
低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。
两片计数器具体接法。
Vcc、UP接+5V电源，GND接地；
时钟脉冲从与门输出后接到低位的down，然后从低位BO’接到高位的down；
输入端低位C、高位B接电源，其他引脚和CLR都接地。
LOAD接到开关C的活动端，C的另外两引脚分别接G的活动端和地。
而G的另外两个引脚分别接到电源和地。
图324秒倒计时电路
◆2.2.3停止控制电路
倒数计数器到零时，需要将电路转换到“24”并且停住。
现在选取计数器到零的状态24秒计到“00”，从各引脚引出线接到二脚与非门，当计数器从“00”状态转换到“99”时，用与非门把该状态转换成低电平（其余时间为高电平）控制
。
使电路转换到“24”。
由于数字99是在很短的时间才能看到，用肉眼是看不到的，于是能实现从“00”到“24”的转换。
再通过与非门所组成的触发器的输出端输出低电平，使74LS192处于保持状态。
这样就实现了转换并停止的电路。
◆2.2.4警报提示装置
警报提示就是完成任一计时器计时结束时，系统给出连续的提示音。
当电路由“00”到“24”时，下面一个与非门输出低电平，而鸣蜂器的和LED1的正极已经接了高电平，故这时由于两端存在电压差，所以鸣蜂器和LED1均能正常工作。
从而发出报警信号。
★3、总设计（总电路图）
图4电路总设计图
由555定时器输出秒脉冲经过R30输入到计数器IC4的CD端，作为减计数脉冲。
当计数器计数计到0时，IC4的（13）脚输出借位脉冲使十位计数器IC3开始计数。
当计数器计数到“00”时应使计数器复位并置数“24”。
本电路利用从“00”到“99”时，通过与非门，使电路置数到“24”并且保持该状态。
由于“99”是一个过渡时期，不会显示出来，所以本电路采用“99”作为计数器复位脉冲。
当计数器由“00”跳变到“99”时，利用个位和十位的“9”即“1001”通过与非门IC5去触发Rs触发器使电路翻转，从11脚输出低电平使计数器置数，并保持为“24”，报警灯光亮，即光电报警。
当Rs触发器翻转11脚输出高电平时，计数器开始计数。
若需要暂停时，再按下A时，振荡器停止振荡，使计数器保持不变，断开A后，计数器继续计数。
（1）D：
手动复位按钮。
当按下D时，不管计数器工作于什么状态，计数器立即复位到预置数值，即“24”。
当松开K2时，计数器从24开始计数。
（2）A：
暂停按钮。
当“暂停/连续”开关处于“暂停”时，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数。
（3）B：
启动按钮。
B处于断开位置时，当计数器递减计数到零时，控制电路发出声、光报警信号，计数器保持"
24"
状态不变，处于等待状态。
当J3闭合时，计数器开始计数。
（4）C：
手动清零按钮，不管电路运行到何种情况，按下C时数码管都会清零，重新从24开始倒计时。
★4、故障分析与电路改进
◆4.1故障分析和解决
在实际连线过程中，出现故障几乎是不可避免的。
其中接线错误就是第一个一个难以避免的困难。
另外一个让人头疼的原因是实验板与芯片接触不良，导致形成软型故障，难以准确找出故障点。
最后，我个人认为还有一个细节也不能忽视，就是实物图和电脑仿真上的芯片接法并不完全一样，电脑仿真上的芯片许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须实际地接上，否则就会得到错误的结果。
在查找故障时，首先要有耐心和细心。
同时要开动脑筋，进行认真的分析和判断。
在不通电的情况下，通过目测，对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，高低电平比较法等方法逐一找出故障点。
◆4.2电路改进
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。
这也是对本电路的肯定。
但从使用的过程中，其实还是有值得改进的地方。
比如当数码管显示到“00”时，能亮灯，那应该是更完美的。
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。
实际的电路改进：
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复杂，所带来的工作量也随之增大。
★5、总结
在此次课程设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来。
按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。
在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。
通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。
★6、心得体会
1．在本次课程设计中，我对74LS48、74LS192、NE555等芯片加深了了解，和巩固了对它们的使用，对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理解，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。
2.．提高实践动手能力。
大学中许多的时间都是在学习理论知识，很少参与时间中去，课程设计给我们提供了一个宝贵的机会，理论用语实践，从设计，仿真，安装调试，没一步的进行，都会带来受益非浅的实际操作训练，许多的实践经验是我们在课本上学不到的，必须经过这样严格的自己动手，才会从中体会出设计成果的喜悦。
理论知识总是要用于实践中才得以升华，我们应该更多的参与实践，以增强我们对电子专业的兴趣。
同时，从开发设计一些小规模产品去体会学习开发设计电子产品的设计思路，为以后的工作打下基础。
3.另外，我对电路板技术技术有了新的见解。
４．对于个人能力而言，实验很好的解决了我们实践能力不足且得不到很好锻炼机会的矛盾，通过实验，提高了自身的实践能力和思考能力，并且能够通过实验很好解决自己对于理论的学习中存在的一些知识盲点。
对于团队协作与待人处事方面，实验让我们懂得了团队协作的重要性，教导我们以谦虚严谨的态度对待生活中的人与事，以认真负责的态度对待队友，提高了班级的凝聚力和战斗力，通过实验的积极的讨论，理性的争辩，可以让我们更加接近真理。
５．实验中应注意的有几点。
一，一定要先弄清楚原理，这样在做实验，才能做到心中有数，从而把实验做好做细。
一开始，实验比较简单，可能会不注重此方面，但当实验到后期，需要思考和理解的东西增多，个人能力拓展的方面占一定比重时，如果还是没有很好的做好预习和远离学习工作，那么实验大部分会做的很不尽人意。
二，在养成习惯方面，一定要真正的做好实验前的准备工作，把预习报告真正的学习研究过，并进行初步的实验数据的估计和实验步骤的演练，这样才能在真正实验中手到擒来，做到了然于心。
不过说实话，在做试验之前，我以为不会难做,就像以前做的实验一样，操作应该不会很难，做完实验之后两下子就将实验报告写完，直到做完几次电路实验后，我才知道其实并不容易做。
它真的不像我想象中的那么简单，天真的以为自己把平时的理论课学好就可以很顺利的完成实验，事实证明我错了。
通过翻阅有关书籍和查阅相关的资源，加深自己对数电的理解，通过EWB软件的仿真最终得到了自己想要的结果。
★7、参考文献
1、《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编 华中理工出版社
2、《数字电子技术基础》阎石主编高等教育出版社
3、《电子技术基础实验》陈大钦主编高等教育出版社
4、康华光.电子技术基础（数字部分）.第五版.北京:
高等教育出版社,2005
5、上网搜索的资料
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