篮球比赛计时器设计(绝对可以用版).doc
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福建电力职业技术学院
毕业设计报告
题目篮球比赛计时器设计
机电工程系电气自动化专业2012级2_班
学号201201033248
姓名张达
指导教师张继伟
完成日期2015年1月
摘要
摘要
本次毕业设计的主要介绍：
篮球比赛计时器。
随着科技发展，篮球计时器不仅应用于NBA，CBA这样专业的篮球赛场上，也广泛应用于民用的普通赛场上，方便于每场比赛的公平公正。
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。
利用软件和硬件的结合实现开机自动置节计数器为第一节，节计时器为12分00秒，24秒违例为24秒。
用数字显示篮球比赛当时节数，每节时间及24秒的倒计时，采用单片机串行显示。
最后本文会详细叙述此电路的安装与调试，并对调试过程中出现的问题做简要说明。
关键词：
篮球比赛计时器；计数器；74LS192
目录
第一章绪论 1
1.1课题选题的概论 1
1.2课题设计的背景和意义 2
1.3设计的任务和要求 2
第二章设计思路、基本原理和框图 3
2.1设计思路 3
2.2基本原理 3
2.3总体设计框图 4
2.4硬件设计 5
2.4.1555时钟芯片模块：
5
2.4.274LS192计数器 6
2.4.3BCD码7段译码器CD4511 7
2.4.4D触发器芯片 8
2.4.5YX-1型 （单面）篮球计时器 10
2.4.6蜂鸣器 10
第三章篮球计时器电路设计 12
3.1系统倒计时流程图 12
3.2秒脉冲发生器的设计 13
3.3秒、分倒计数器的设计 13
3.3.124秒倒计时电路 13
3.3.212分钟倒计时电路设计 14
3.4译码器和显示器的设计 16
3.5节次控制电路的设计 17
3.6报警电路 18
第四章篮球计时器软件设计 19
4.1篮球计时器程序流程图 19
4.2篮球计时器程序设计 20
第五章Protues仿真与结果分析 24
5.1Protues仿真 24
5.1.124秒倒计时仿真调试 24
5.1.212分钟倒计时仿真调试 24
5.1.3节数计数单元仿真调试 25
5.2结果分析 25
第六章总结 26
6.1结论 26
6.2总结 26
福建电力职业技术学院毕业论文
第一章绪论
1.1课题选题的概论
在当今社会随着物质生活的提高，人们对精神文化的需求也越来越高。
篮球竞技就是其中非常重要的一个方面，而计时记分系统在竞赛中更是重中之重。
20世纪末电子技术的飞速发展，基于单片的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇以至于我们的生活，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注。
所以应用很广，发展速度快。
单片机以其一系列优点，近几年得到了迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。
而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
单片机把我们带入了智能化的电子领域，许多繁琐的系统若由单片机进行设计，便能收到电路更简单、功能更齐全的良好效果。
若把经典的电子系统当作一个僵死的电子系统，那么智能化的现代电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。
而随着技术的进步，单片机与串口通信的结合更多地应用到各个电子系统中已成一种趋势。
单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。
同时，一个学习与应用单片机的新高潮正在大规模地兴起。
但是，单片机并不像传统数字电路或模拟电路那样直观，原因是除了“硬件”之外，还存在一个“软件”的因素。
正是这个“软件”因素的存在，使得许多初学者怎么也弄不懂单片机的工作过程，怎么也不明白为什么将几个数送来送去，就能控制一盏灯亮／灭，就能控制一个电机变速。
本设计是由编程控制LED七段数码管做显示的球赛计时计分系统。
本系统具有赛程定时设置、赛程时间暂停、甲、乙双方的比分以及比赛中60秒暂停。
它具有价格低廉、性能稳定、操作方便且易携带等特点、广泛适合各类学校和小团体作为赛程计时计分。
本设计就是基于单片机设计时计分系统，通过串口通信动态传输数据，使计时计分系统有了更多更完善的功能。
单片机系统的硬件结构给予了篮球计分器系统“身躯”，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”，使其在传统的篮球计时计分器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。
1.2课题设计的背景和意义
篮球比赛在中国越来越被人们关注，同时也被更多的青少年所喜爱，本设计除
了具有赛程时间计时、调整及暂停和比赛计分的功能，还具有24s倒计时的功能，并且价格低廉，操作方便且便于携带，适合于学校和小团体作为赛程计时计分工具。
从另一方面说，本设计方便了人们比赛时的积分及时工作，在某种程度上夜促进了篮球赛的开展，既有利于发展篮球这项体育运动，又有利于增强人们的体质，另外参与篮球运动的人多，也有利于篮球运动员的选拔，对我国的篮球事业也具有促进作用.
此外，该计时器经过少许修改，即去掉24s计时功能后，同样也适用于其他球类比赛的时间。
1.3设计的任务和要求
任务：
设计一个用于赛场的篮球计时计分器。
要求：
1、能记录整个赛程的比赛时间，并能修改比赛时间。
2、能随时刷新甲、乙两队在整个过程中的比分。
3、中场交换比赛场地时，能交换甲、乙两队比分的位置。
4、比赛结束时，能发出报警声。
-1-
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第二章设计思路、基本原理和框图
2.1设计思路
篮球比赛计时器的主要功能包括：
12分钟倒计时、进攻方24秒倒计时计时暂停，重新开启和结束警报提示。
该计时系统由以下四个电路模块组成：
1秒时基产生器：
这部分利用32.768KHz需要通过分频器，最终产生1赫兹的电信号，驱动整个电路的运作。
这一模块主要是利用CD4060和CD4027的锁存和分频功能来实现。
12分钟倒计时：
这部分电路完成12分钟倒计时的功能，比赛准备开始时，屏幕上显示12：
00字样。
当比赛开始时，倒计时从12：
00开始逐秒递减到00：
00。
这一模块主要利用双向计数器74LS192的减计数功能来实现。
攻方24秒倒计时：
这部分路与12分钟倒计时功能类似，当比赛准备开始时，屏幕上显示24秒字样，当比赛开始后，倒计从24逐秒倒数到00。
这一模块主要也是利用双向计数器74LS192来实现。
节数记次：
四个LED分别表示四场节次，根据比赛场次的转换，用适当的方法使这四个LED依次自动指示四场节次。
警报提示：
当两个计数器中任一个计时到零时，BO端出现低电平。
通过和二极管作用，发光二极管亮，起到报警作用。
2.2基本原理
主体电路：
即倒计时部分。
包括12分钟和24秒倒计时。
12分钟倒计时的基本原理：
比赛处于准备开始阶段，扳动启动开关G使倒计时计数器相应的置数或清零端有效，显示设定的时间12：
00，当主裁判抛起球，比赛开始，扳动G，倒数计时器开始工作（相应的置数、清零端无效），计时器逐秒进行倒计显示。
当有球员犯规，裁判吹哨，整个计时系统的倒计时暂停，这个功能通过暂停开关S截断时钟脉冲的传输来实现。
当倒数计时器计数到零时，选取“00：
00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号,让其与时钟脉冲在与非门中将时钟脉冲截断，从而计时器在计数到零时停住。
24秒计数芯片的置数端和12分的置数、清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端也无效，24秒的倒数计时器与12分的倒数计时器同时开始进行倒计时，逐秒倒计到零。
同样也是选取“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非门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。
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，当一天和尚撞一天钟12分钟重置时，电路自动移位指示节次。
警报提示：
为了给出警报提示，可在计数器的输出端用一个普通二极管和LED二极管。
当计数为0时，QO输出为0，LED灯亮起。
2.3总体设计框图
此设计框图包括控制电路、秒脉冲发生器、计数器、译码驱动电路、秒/分显示电路和报警电路等6个部分。
其中，计数器和控制电路是系统的主要部分，计数器完成24秒/12分钟计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停/连接计数、译码显示电路的显示和停止等功能。
报警电路
秒脉冲发生器
计数器
计数器
译码驱动电路
译码驱动电路
12分钟显示
24秒显示
控制电路
图2.1系统总体框图
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。
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2.4硬件设计
2.4.1555时钟芯片模块：
555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。
它的各个引脚功能如下：
1脚：
GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
VCC（或VDD）外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5～16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3～18V。
一般用5V。
|3脚：
OUT（或Vo）输出端。
2脚：
TR低触发端。
6脚：
TH高触发端。
4脚：
R是直接清零端。
当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
CO（或VC）为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：
D放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。
电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。
比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。
高电平触发信号加在C1的反相输入端，与
同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。
基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc、1/3Vcc。
图2.2555元件符号图2.3555引脚图
图2.4LM555CN实物图
2.4.274LS192计数器
Protues中计数器74LS192元件符号如图2.4。
192的清除端是异步的，当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能。
192的预置是异步的。
当置入控制端（PL）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（D0～D3）相一致的状态。
192的计数是同步
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