篮球比赛计时器设计.docx

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篮球比赛计时器设计

课程设计

课程名称数字电子技术

课题名称篮球竞赛计时系统

专业自动化

班级0701

学号10

姓名胡吉全

指导教师郭照南

2010年5月24日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称:

数字电子技术

题目：

篮球竞赛计时系统

专业班级:

自动化0701班

学生姓名：

胡吉全学号：

10

指导老师：

郭照南

审批:

任务书下达日期2010年5月24日星期一

设计完成日期2010年6月4日星期五

设计内容与设计要求

一．设计内容：

设计制作一个篮球竞赛计时系统：

1、具有显示每节12分钟比赛时间的倒计时功能；具有显示24S倒计时功能：

用四个数码管分别显示分、秒，其计时间隔为1S。

并用四个LED分别自动指示比赛节数

2、设置启动键和暂停/继续键，分别控制两个计时器的直接启动计数,暂停/继续计数功能。

3、设置复位键：

按复位键可随时返回初始状态,时间显示电路显示分别为12。

00和24S。

4、计时器递减计数到‘00。

00’时，计时器停止工作,并给出报警信号.

5、功能扩展（自选）；

二．设计要求：

1．设计思路清晰，给出整体设计框图；

2．设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；

3．总电路设计；

4．安装调试电路;

5．写出设计报告；

主要设计条件

1.提供直流稳压电源、信号源、示波器等仪器；

2.提供各类TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接件等元器件.

3.提供电子综合实验装置。

说明书格式

1、课程设计封面；

2、课程设计任务书；

3、说明书目录;

4、设计总体思路,基本原理和框图；

5、单元电路设计（各单元电路图）；

6、总电路设计（总电路图）；

7、安装、调试步骤；

8、故障分析与电路改进；

9、总结与设计调试体会;

10、附录（元器件清单）;

11、参考文献；

12、课程设计成绩评分表。

注意：

课程设计报告说明书要求用16开纸打印！

进度安排

第一周:

星期一上午安排任务、讲课。

星期一～星期二：

查资料、设计

星期三～星期四:

设计仿真<四楼现代设计实验室〉

星期四:

领元件〈四楼电子综合实验室〉

星期四~星期五调试电路;

第二周：

星期一～星期四安装调试电路;〈四楼电子综合实验室〉

星期五写总结报告,答辩;

参考文献

《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编

　《电子技术课程设计指导》彭介华主编高等教育出版社

《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编　华中理工出版社。

第一章设计总体思路、基本原理和框图

1、设计思路………………………………………………8

2、基本原理………………………………………………9

3、总体设计框图…………………………………………10

第二章  单元电路设计（各单元电路图）

1、秒、分倒计数器的设计……………………………11

2、显示器的驱动设计……………………………14

3、节次控制电路的设计………………………………14

第三章总电路设计（总电路图）………………………15

第四章安装、调试步骤……………………………16

第五章测试和结果分析………………………………17

第六章总结与设计调试体会…………………18

第七章附录（元器件清单）………………………19

第一章、设计总体思路、基本原理和框图

一、设计概要：

1、篮球竞赛计时器主要有五个功能部分：

（1）脉冲发生电路：

实验箱中有自带脉冲发生器，所以在此没有重新设计此电路.

（2）12分钟倒计时：

一节比赛总时间是12分钟，所以比赛开始时，时间显示为12:

00，开始后以秒为单位开始倒减，直到00：

00。

这部分的中心芯片选用74ls192，它是十进制的加减计数器,选用减数管脚，然后以级联的方式相连，用后面芯片的借位信号当做前一芯片的减数脉冲,如此类推，即可实现时间的分、秒、时的递减.

（3）24秒倒计时:

24秒是一次进攻的时间，也需要倒计时，所以跟12分钟倒计时相似，进攻开始时时间显示24,开始后总时间从24开始递减直至00,所以也可以选用74ls192来实现这个模块的功能，同样选用减数管脚和级联的方式.

（4）节次显示：

一场篮球比赛总共分为四节，所以要求用四个LED分别来表示四节比赛的节数，在此可以选用D触发器来进行移位显示。

（5）警报：

用二极管灯亮来表示警报,警报要求不论哪个时间倒计时到零，相应的二极管则被自动点亮，表示此时间已到，相应的本节比赛或本次进攻时间已到。

当某部分时间到零时，最高位的74ls192的BO端口会出现低电平，可

用它来点亮二极管，从而起到警报作用.

二、基本原理

1、倒计时电路:

在比赛工程中对时间的置数、复位、清零、暂停与继续工作均由手动完成。

比赛开始之际,按复位开关，则比赛时间停在24和12：

00，当比赛正式开始，再按暂停/继续开关来开始比赛，此时时间开始以秒为单位开始倒计时，当在24秒进攻时间里面有暂停需要，则等裁判吹哨同意后可按暂停/继续开关来暂停时间，时间则停在即时时间不在变化（24秒与12分钟的时间均暂停），暂停结束之后重新回到比赛,则再按暂停/继续开关来让时间继续倒计时.当24秒倒计时到零,则进攻时间结束，换另一方进攻,此时按24秒电路的复位开关使进攻时间重新置为24，再进行另一轮的进攻。

12分钟的倒计时电路开始计时同24秒，不同的是在倒计到00：

00时是不要复位的,而暂停则与24秒倒计时电路同时暂停，当计时到00：

00，则表示一节比赛结束,当下一节比赛开始时按复位开关进行复位。

（1）暂停与继续的实现:

把开关引出的信号通过锁存器,再把脉冲输出信号同时通过与非门，再通过一个非门，然后分别接到24秒与12分钟倒计时电路的最低位的减数管脚，而192需要上升沿才会减一，则开关为零电平时则可以让减数管脚停在低电平从而停止计数。

还有就是当某个时间倒计时到零时也要求能自动暂停,则还要把两个倒计时电路的最高位的BO端也要同时接入与非门，这样不论是哪个时间倒计时到零或者是开关需要暂停都可以实现。

（2）复位功能的实现:

24秒和12分钟都需要分别复位功能，74ls192芯片都有复位管脚，则可以设置两个复位开关与各自的复位管脚相连，由芯片的管脚功能可知，74ls192的复位管脚是低电平复位，所以当开关打在接地端时，可以对时间进行复位。

（3）清零功能实现：

应为12分钟时比赛总时间,要一直倒计时到零,故不需要清零处理，而24秒则不同，因为可能总比赛时间已经结束，而最后一次的进攻时间还有多余,此时就要用到清零功能，而清零功能实现很简单,只要用开关控制芯片的清零管脚即可。

（4）节次电路：

用四个D触发器和适当的组合逻辑电路搭成四位的移位寄存器，四个LED分别接在这四个D触发器的输出Q上，12分钟重置时，电路自动移位指示节次。

（5）警报功能的实现:

在此设计中的警报即是在任意计时器计时到零是相应的LED被点亮。

此时自然我们会想到显示时间的最高位的借位信号，即BO管脚,当需要借位时,BO管脚处即会出现一个下降沿信号,而前面已经讲到BO端同时会被接到暂停用的与非门,所以此时计数器将会暂停计数，则此时BO处将被置定为低电平,此时则可用这个电平来点亮LED，达到报警的作用.

三、总体设计框图

报警电路

秒脉冲发生器

计数器

计数器

译码驱动

译码驱动

12分钟显示

24秒显示

控制电路

报警电路

四节显示

总体电路说明：

   倒计时功能主要是利用192计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换，以适合分和秒的不同需要。

由于该系统特殊的需要，到各计时器到零时，通过停止控制电路使计数器停止计数并用LED发出警报。

而节次计数是通过12分钟的重置来实现的.

第二章、  单元电路设计（各单元电路图）

一、秒、分倒计时电路设计

1、24秒倒计时电路设计：

24秒的计时电路采用十进制的74LS192的级联方式来实现，首先把各个输入管脚接成相应的2和4，再把芯片的置位管脚（LOAD）接到一个开关上,用此来完成置位功能。

当计时开始直至个位芯片计数到零，个位芯片的BO端会发出下降沿信号，此信号可把它用来当做十位上芯片的脉冲信号,从而使十位递减完成倒计时功能。

计数器的倒计时功能.

24秒倒计时电路如图：

2、十二分倒计时电路设计

12分钟倒计时电路芯片同样采用级联方式,即低位的芯片的借位管脚接上一位芯片的脉冲输入管脚（也即减数管脚DOWN），使下级的芯片的借位脉冲成为上一级的输入脉冲，也即减数脉冲，从而达到递减功能。

同时输入管脚也接成相应的初始数据12：

50，此时为什么第三块芯片要接成5呢，因为12分钟的秒计时器不在是十进制计数了,而应该是60进制计数了，当时间从12：

00开始，减一就必须变成11:

59，所以第三块芯片必须要置成5，再从五开始减数直至零。

那么第三块芯片怎么一下从0变成5呢，这就需要置位,而且是从12：

00减一秒后就置位，我们知道,计数器从零减一就会变成9,此时第三块芯片的输出管脚输出的也是9，也就是1001,这就可以利用1001的D3位的1，通过取反接到第三块芯片的置位管脚进行强制置位，而一开始必须显示的零就可以通过清零管脚清零实现。

12分钟倒计时电路如下：

二、显示器的驱动设计

译码电路的功能是将“秒"、“分"计数器的输出代码进行翻译,在显示管上变成相应的数字。

但本次试验，试验箱中本来带有四管脚的显示器（显示器中本身是带有译码电路的），故不用译码可直接相连进行驱动。

三、节次控制电路的设计

节次控制电路图:

   这四个D触发器从左至右依次为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。

当电源刚接通、开关G没有接地，整个计时系统没有进行工作,Q1-Q4为低电平（0000状态）,D=1，四个LED都不亮。

合上G，接高电平，这样，当G接通时就有了一个电平的上升沿跳变，Q1=D1=1；1000状态，LED1亮，指示第一节比赛。

电路进入循环状态，倒计时电路重置一次，该电路状态转换一次，实现节次自动指示。

（若需开关动作,可直接四个LED被四个开关直接控制）。

第三章、总设计（总电路图）

简要说明：

左边第一个开关的作用是对24秒进行置数（复位）.左边第二个开关是对24秒进行清零。

左边第三个开关是对整个时间进行暂停和继续控制。

左边第四个开关是对12分钟的置数开关。

第四章安装、调试步骤

1、在模拟软件上进行模拟成功之后，确定所需芯片器材.

2、对芯片器材进行测试,看是否有损坏等问题。

3、确定好电路板规格,在电路板上排定芯片位置，再测试整体通电情况。

（因为接线比较多,所以芯片的排定一定要合理）

4、对电路进行连线。

（连线过程中切忌整体一起连，因为这样不利于故障出现时排故，而芯片之间单独连接，且及时连接及时测试会让以后的工作简单很多）

5、接线完成以后进行通电测试,看是否符合要求.

6、排错检测，查看错误来源及时改正.

在实际接线过程中主要存在以下值得注意的问题：

（1）带电操作导致导线或芯片烧坏.

（2）芯片与电路板连接不好导致电路不通。

（3）导线插接不好中途脱落导致短路。

（4）在接线过程中不小心导致的短路或其他连接错误.

7、整体综合连接,测试整体性能。

第五章性能测试和结果分析

经过测试，此篮球竞赛计时器可实现以下功能：

1、分别对24秒和12分钟计时电路启动和置数（复位）。

2、对24