篮球24秒计时器课程设计报告Word文档下载推荐.docx
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计数过程中，无论处于何种状态，当按下置数键时，计数重新开始；
计时器为递减计时，其计时间隔为1秒；
当计时器递减计时到零时，显示器显示00，同时发出CP同步闪烁报警信号等。
整个电路的设计借助于Proteus仿真软件以及数字电路相关理论知识，得到了预期的结果。
关键词：
24秒计数报警清零暂停
ABSTRACT
Electroniccoursedesignofelectronictechnologyisveryimportantinthestudyofalink,thetheoryandpracticeisanimportantlinkofcombiningability,istherealexercisestudents'
abilitylink.Forinthefutureofthecomplexelectronicsystemintegrateddesignandcommissioningtolaythefoundation.
Inmanyfieldsarethetimerusedwidely,suchasinsports,timingalarm,thegamedownthetrafficsignallights,andwhenthetrafficlights,trafficlights,QianHaocontrolmachine,stillcanbeusedasallkindsofpills,tablets,capsulesinthespecifiedtimereminddruguseandsoon,fromthisvisibletimerintheapplicationofthemodernsocietyisaverycommon.
Thisdesignmaincanfinish:
circuithas24secondstimedisplayfunction;
ExternaloperationswitchsystemSettings,controlthetimerfornumber,start/continuousandsuspensionfunction;
Countingprocess,inwhateverstate,whenyoupressthenumberkeys,countforstartagain;
Timerforthetiming,thetimeintervaldiminishingfor1second;
Whenthetimerdiminishingthehouseoftime,display,alsoissuedCPsynchronousflashalarmsignals,etc.ThewholecircuitdesignofProteusbysimulationsoftwareanddigitalcircuitrelatedtheoryknowledge,gottheexpectedresults.
1设计任务及要求
1.1设计任务
本设计主要能完成：
在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就犯规了。
本课程设计的“篮球竞赛24秒计时器”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，它就自动报警从而判定此球员的犯规。
1.2基本要求
1．电路具有时间显示功能；
2．要求电路为24秒递减计时，每隔1秒钟，计时器减1；
3．要有外部开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续计时功能；
4．当计时器倒计时为零时，即定时时间倒，显示为零，同时发出声光报警信号。
5．严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。
2电路框图及工作原理
2.1电路框图
24秒计时器的总体参考方案框图如图2-1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、定时时间到启动报警等功能。
秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但是设计对此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路组成的多谐振荡器构成。
译码显示电路由74LS48（译码器）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与蜂鸣器组成。
图2-124秒计时器系统设计框图
2.2设计方案
本设计中，24进制计数器是整个电路的核心部分，我们选择74LS192进行24进制同步减法计数。
同时选择74LS48作为BCD码译码器来对7段数码显示管进行译码驱动，选择两个七段数码显示管进行显示。
根据设计要求，本课程设计采用555计时器制成的多谐振荡器，对24进制计数器进行秒脉冲的输入。
在本设计中，因为我们需要对其进行暂停、清零、报警等控制，所以我们使用了三个开关来控制计数器的各功能的实现，同时为了实现蜂鸣器的正常报警，我们同时选用555计时器对三极管实现高频率脉冲输入。
从而实现了各种功能的。
3单元电路的设计
3.124进制计数器的设计
根据设计要求，本设计需要实现24进制递减功能，所以本设计采用十进制同步减法计数，因此使用2片74LS192集成芯片来实现计数功能。
十进制可逆计数器74LS192引脚排列及逻辑符号如图3-1-1（a）、（b）所示，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。
图中：
为置数端，
为加计数端，
为减计数端，
为非同步进位输出端，
为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，
为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
其功能表如下图3-1-2所示：
（a）引脚排列（b）逻辑符号
图3-1-174LS192的引脚排列及逻辑符号
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
d
c
b
a
↑
加计数
↓
减计数
图3-1-274LS192的功能表
在本次设计中，因为我们要实现24进制计数功能，所以我们首先应该对计数器进行置数，由于（24）10=（00100100）8421BCD所以要先对741192两芯片进行置数，令第一块集成块的置数端Q3Q2Q1Q0=0010，令第二块的为Q3Q2Q1Q0=0100。
把第二块芯片的借位端
与第一块芯片的脉冲输入端相连，从而进行实现借位功能。
电路接线如图3-1-3
图3-1-3倒计时电路
3.2数码显示电路的设计
在本设计中，根据设计的要求，我使用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译码器驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中，下面是74LS48芯片的一些参数与应用技术等资料。
74LS48的引脚图和功能表分别如图3-2-1和表3-2-2所示。
图3-2-1<
74ls48引脚图>
表3-2-274LS48的功能表
输入
输出
字
形
数字
LT
RBI
DCBA
BI/RBO
abcdefg
2
3
4
5
7
8
9
X
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1111110
1100000
1101101
1111001
0110011
1011011
1011111
1110000
1111111
1111011
消隐
脉冲消隐
灯测试
XXXX
0000000
七短数码显示管的引脚图如图3-2-3所示，其中3脚和8脚相连为公共端，在电路中接地，6脚为小数点引脚，设计中不需要对其处理。
图3-2-3七短数码显示管的引脚图
3.3秒脉冲的设计
根据设计要求，本电路需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555定时器来设计此模块。
从而产生标准的秒脉冲。
1．器件特性
555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。
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。
2．自激多谐振荡器
图3-3-1所示为自激多谐振荡器电路和波形图。
自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号。
电路采用电阻、电容组成RC定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。
调节RW或电容C，可得到不同的时间常数；
还可产生周期和脉宽可变的方波输出。
脉冲宽度计算公式：
Tw1=0.7（R1+R2）CTw2=0.7R2C
振荡周期计算公式：
T=0.7（R1+2R2）C≈1s
图3-3-1
分析方法与单稳态电路相似，但电容器C的充电电阻是R1+R2，放电电阻是R2。
当VC是低电平时，555定时器低触发，VO为高电平，放电管T截止，电容器经（R1+R2）充电，当充电至VC=VTH>
VCC时，电路高触发，输出VO变为低电平，放电管T导通，电容器经R2放电，当放电至VC=VTR<
VCC时，电路又进入低触发，VO变为高电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。
电路连线如图3-3-2。
3.4控制开关电路的设计
在本次设计中，由于设计的要求，要实现计数器的暂停、复位和启动控制，所以需要设计三个开关来控制电路.
暂停电路的设计
对于暂停连续开关，可以通过控制时钟脉冲的输入来达到暂停功能的控制，设计一个单刀双掷开关，一端接地，将之连接到一个三输入与门。
1：
与单刀双掷开关相连
2：
与第二片74LS192的TCD端相连
3:
与555脉冲器相连
清零电路的设计
清零电路只需将两块芯片的MR端连接起来并接上一个开关即可。
置数电路的设计
置数电路只需将两块芯片的PL端连接起来并接上一个开关即可。
防抖动电路的设计
实际使用时开关会有抖动现象，所以我用基本RS触发器来设计暂停开关相连，用来消除抖动。
基本RS触发器如图2.3.9为由两个与非门交叉耦合构成的基本RS触发器，它是无时钟控制低电平直接触发的触发器。
基本RS触发器具有置“0”、置“1”和保持三种功能。
通常称
为置“1”端，因为
=0时触发器被置“1”；
为置“0”端，因为
=0时触发器被置“0”。
当
=
=1时状态保持，当
=0时为不定状态，应当避免这种状态。
图3-4-2二与非门组成的基本RS触发器
（a）逻辑图（b）逻辑符号
基本RS触发器的逻辑符号见图3-4-2（b），二输入端的边框外侧都画有小圆圈，这是因为置1与置0都是低电平有效。
输入74192的时钟脉冲由下图2.3.10所示电路输出接到74LS192的CPD脚。
还有一端输入由借位信号输入。
3.5报警电路的设计
根据实验设计要求，我设计了光报警与蜂鸣器报警两种方式，只有当计时器的输出端都为0的时候，报警电路的输出才为1，会驱动LED灯和蜂鸣器发生报警。
电路图如下所示。
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、控制电路和报警电路组成。
控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。
SW1闭合，74LS192被置数，显示电路出现数字24。
完成置数后断开SW1，启动计时。
若此时秒脉冲电路的SW3为断开，则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又恢复计数递减，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高低电平变化来控制报警电路5个或门的高低电平的变化。
由附录1可见，5个或门的排列必须当74LS192的8个输出全为低电平时，换而言之，就是计数到零时，或门最后一个输出的才是低电平，从而触发发光二极管和蜂鸣器，产生亮光和警报声，达到了光电报警的。
4电路仿真
本次设计采用的是protues软件仿真，它是一种功能强大的电子设计自动化软件，提供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。
现在我们用Proteus进行仿真，仿真结果如下
1.计时预备阶段如图4-1
2.计时阶段如图4-2
3.电路报警如图4-3
5数字电路的连接与调试
由于电子电路设计要考虑很多因素，加之元器件性能的分散，以及许多人为因素的影响，一个组装好的电子电路不可能不经过调试即可满足要求。
任何电子电路都必须经过认真细致的调试，才能获得满意的性能要求。
在这个过程中用的最重要的仪器就是万用表和电源。
1调试方法
电子电路调试方法有两种：
分块调试和整体调试
（1）分块调试法
分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，对每个模块分别进行调试。
模块调试的顺序最好按信号的流向，一块一块进行，逐步扩大调试范围，最后完成总调。
实施分块调试有两种方法一种边安装边调试；
另一种是总体电路一次组装完毕后再分块调试。
分块调试的优点：
问题出现范围小，可及时发现，易于解决。
（2）整体调试
此种方法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。
2调试步骤
（1）检查电路
对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或与地短接，然后检查各芯片是否安装牢固，最后对照电路图认真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出现多接线的现象。
（2）接通电源观察
在检查电路无误后，接通电源，如果出现异常现象立即关闭电源，观察各个单元电路是否能够正常工作，找出出错的单元电路，如果有错，则用万用表对各个电路逐个检查，直至查出错误，并加以改正。
（3）对各个功能电路的检测
闭合工作开关，观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。
调试结束后观察调试后的结果是否符合设计要求。
3调试结果
接通电源后，第一次的调试的结果是，置数不是24并且不能计数。
我们根据可以正常工作的部分来进行分析，一步一步的检查，分析哪部分的设计是没有问题的，然后根据出问题的部分再进行分析，然后继续调试，最终得到了正确的电路。
最后调试到各部分电路。
4调试中故障及解决办法
由于电路中的芯片、插线、面包板的质量、接触等都存在一定的问题，故调试中出现问题是不可避免的。
在调试的过程中，发现低位数码管不能置数，并且不能计数，置数为36，逐个单元电路检查线路后发现弄反了高低输入端，改正后发现并不能计数，经过线路检查并没有发现线路有问题，查找资料后发现电路中所用的74LS12三输入与非门是一个OC门，必须要接一个上拉电阻，接上一个适当的电路后电路能够正常工作，并且能实现电路所要求的所有功能。
经过检测电路出现了一点故障，但是经过耐心检查，电路能实现所要求所有功能，实验比较成功。
结论
通过电路板块的思想，逐步实现设计所需达到的功能要求；
时钟模块为减计数器提供一个频率为1HZ的脉冲信号，从而实现计数器计数间隔为1秒钟；
计数、译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能；
报警模块是为了实现当减计数到零时发出光电报警信号和蜂鸣报警；
控制模块主要是为了实现计时器的启动、置数、暂停/连续功能，其中启动、置数由SW1。
SW2开关来完成，通过SW3开关从而实现断定计时功能。
至此，本设计完成所有任务及要求。
结束语
这是我大学期间的第一次课程设计，此次设计让我获益匪浅。
在设计过程中，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析研究此次设计的任务和要求，然后分析选出方案做出设计，再进一步完善设计。
在其中遇到一些不解和疑惑的问题时首先自己分析，不懂的问题小组一起讨论，四处请教，再认真向老师询问，和老师一起探讨解决，最终完成了此次设计。
此设计制作的篮球竞赛24秒计时器是一个实用性设计。
设计的成功不仅为所学的专业课程打下了坚实的基础，提高了我们对分析与解决问题的能力，对电子设计有了更深的兴趣。
在这个设计中，我学到了学习理论时学不到的东西，将课本理论知识与实际应用联系起来，不但锻炼我的动手能力而且巩固我们所学的理论知识，这样实践与理论相结合就可以更快而有效地掌握知识，使我尝到了将所学的知识用于实践的喜悦和成就感。
同时非常的感谢在设计与制作的过程中热心指导与帮助我的老师和同学们。
参考文献
1.伍时和主编《数字电子技术基础》清华大学出版社2009
2.阎石主编《电子技术基础（数字部分）》高等教育出版社2006
3.邓勇英主编《数字电路设计完全手册》国防工业出版社，2001
4.谢自美主编《电子线路设计.实验.测试》华中科技大学出版社2001
5.朱余钊主编《电子材料与元件》西安电子科技大学出版社2002
6.杨志忠主编《数字电子技术》高等教育出版社2000
7.朱清慧、张凤蕊主编《Proteus教程》清华大学出版社2008
附录2元器件清单
器件名称
数量和型号
同步十进制递减集成块
74LS192芯片2块
译码驱动器
74LS48芯片2块
译码显示管
共阴极七段Led显示管2块
2进一出与非门集成芯块
74soo集成芯片2块
2进一出与门集成芯片
74ls08集成芯片2块
3进一出与门集成芯片
74ls15集成芯片1块
2进一出或非门集成芯片
74ls02集成芯片3块
4进一出或非门集成芯片
1块
蜂鸣器
1个
秒脉冲触发器
2个
电阻
1k,20k,68k,20k,60k,各一个
电容
0.01uf2个，0.5uf,10uf各一个
发光二极管
开关
单刀单掷2个，单刀双掷19/202个
PNP三极管
5V电源
升级会员 