电子技术课程设计篮球比赛计时器.docx

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电子技术课程设计篮球比赛计时器

电子技术课程设计

----篮球比赛计时器

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指导老师：

目录

一、设计任务与要求………………………………………………2

二、总体框图……………………………………………………………2

三、器件选择……………………………………………………………3

四、功能模块……………………………………………………………6

五、总体设计电路图……………………………………………………12

六、实验结果及分析……………………………………………………13

七、心得体会……………………………………………………………13

八、参考文献……………………………………………………………14

篮球比赛记时器设计报告

一、设计内容及要求：

1、篮球比赛全场时间48秒，共分为4节，每节12分钟，

要求开机自动置节计数器为第“1”节，节计数器为“12分00秒”。

2、用数字显示篮球比赛当时节数及每节时间的倒记时，计数器由分、秒计数器完成，秒计数器为摸60，分计数器应能计满12分钟。

3、能随时用钮子开关控制比赛的启动/停止，启动后开始比赛，停止期间不计时，重新启动后继续计时。

4、每节比赛时间结束时，能以音响自动提示并暂停计时，同时节数自动加1。

5、秒信号不必考虑时间精度，可利用实验仪上所提供的连续脉冲（方波）。

二、总体框图

依照课程设计的内容和要求，可将系统分为：

主电路、开关启动/停止控制电路、置数电路和音响电路这四个功能模块。

而主电路分为一个12进制减法、一个16进制减法、一个4进制加法计数、译码、显示电路；置数电路分为开机置数电路、每节比赛时间结束电路、每节比赛时间结束置数电路；开关电路分为防抖动开关电路、启动/停止控制器；音响电路分为音频振荡器、门控电路、喇叭电路。

所参考的原理框图（图一）如下：

图一篮球比赛计时器的原理框图

三选择器件

1、74LS04是6非门（反相器），它的工作电压是5V，他的内部含有6个coms反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0。

74LS04六个独立的反相器（6个非门）。

它的功能表：

<74ls04引脚图>

引脚功能：

输入是A，输出是Y，6个相互独立倒相。

供电电压5V，电压范围在4.75~5.25V内可以正常工作。

门数6，每门输入输出均为TTL电平（<0.8V低电平 >2v高电平）,低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流8mA。

2、74ls00 是常用的2输入四与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。

它的功能表如下：

 Vcc  4B  4A  4Y  3B  3A  3Y

        ┌┴—┴—┴—┴—┴—┴—┴┐

    __│14  13  12  11  10  9  8│

Y=AB  ）                        │    2输入四正与非门74LS00

        │1  2  3  4  5  6  7│

        └┬—┬—┬—┬—┬—┬—┬┘

          1A  1B  1Y  2A  2B  2Y  GND

<74LS00引脚图>

74LS00真值表：

A＝1B=1 Y=0

A＝0B=1 Y=1

A＝1B=0 Y=1

A＝0B=0 Y=13、74ls10管脚图

74ls10引脚图：

Vcc1C1Y3C3B3A3Y

┌┴—┴—┴—┴—┴—┴—┴┐

│141312111098│

Y=ABC）│3输入三正与非门74LS10

│1234567│

└┬—┬—┬—┬—┬—┬—┬┘

1A1B2A2B2C2YGND

四、功能模块

1．译码显示电路

   选用器件时应注意显示译码器和显示器的相互配合。

一是驱动功率要足够大，二是逻辑电平要匹配。

例如，采用共阴型LED数码管应选“译中”为高电平的译码器；高电平驱动LED数码管时不能用普通TTL译码器，应选用功率门或者OC门。

 2．开关启/停控制电路

⑴防抖动开关电路

   由于机械开关的机械振动不适合对反应速度极快的门电路进行控制，否则会发生误操作，所以应加防抖动电路产生稳定的0/1输出。

   ⑵启/停控制电路

 当Q1=1（开关置于启动位置）时，秒CP可加进秒计数器；

 Q1=0（开关置于暂停位置）时，秒CP被封锁；CP为固定“1”，则秒停走。

 Q2为每节比赛时间结束是发出的控制信号：

当Q2=0（每节比赛尚未结束）时，计数器计时；当Q2=1（每节比赛结束）时，计时器停止计数。

⑶清零电路

   若选用加法计时，则当计到全场48分后，要继续开始新的一场比赛，必须清零。

   开机时要求清零，可选用RC电路来实现，如图:

3、置数电路

⑴、开机置数电路

设计的电路要求开机能正确置数，可以选用RC电路的瞬态响应来实现。

开机时由于电容两端电压不能突变，则上图中初始电压Uc1（0）=0V，反相后若置数信号要求高电平有效，可利用这个高电平信号去置数。

经过一段时间后，Uc1充电至高电平，经反相后，置数信号将不再起作用，应许进行比赛。

若置数信号要求低电平有效，则可将R、C互换。

采用非门是为了加一级门电路隔离干扰，提高抗干扰能力。

R、C参数的选择要考虑两个因素：

延迟时间和器件对高低电平的要求。

若RC太小，则置数不可靠，因为时间太短，来不及动作。

若RC时间常数太大，会使开机高电平置数图中的Uc1无法充电至高电平范围（≥2、7）；或会使开机低电平置数电路中的Uc2无法达到要求的低电平范围，两种情况都会使置数一直进行，无法正常进行比赛。

（2）、每节比赛时间结束电路

上图四所示电路，根据减法计数器的特点，当计时器减至“00”分“00”秒时，每节比赛时间结束，应取出一个控制信号来。

所选器件74LS192的逻辑功能可知，计时器减至0时其借位输出端BO的后半个周期会出现低电平，将分计时器十位D触发器的Q端和分计时器个位及秒计时器的三个74LS192的借位输出BO相“或”，就得到低电平有效的“每节比赛时间结束”控制信号，利用此信号使Q2置1，表示每节比赛时间结束。

利用Q2=1可以控制计时器置初始值、音响电路发声、计时器暂停工作。

然后将钮子开关K拨至暂停位置可以使Q2恢复为0，不再置初始值从而允许比赛进行，停止音响提示、允许计时器工作。

当休息时间到后，用钮子开关K拨至启动位置，又可开始新的一节比赛。

这样每节比赛时间结束时，用钮子开关关断声音，下一节开始比赛时再用钮子开关启动。

⑵、每节比赛时间结束置数电路

节计数器只在开机时置数1，而计时器在开机时置“12分00秒”，还在每节比赛时间结束后也应该置数，来保证下一节比赛的顺利进行。

由下图可知：

开机置数（Yc1=1）与节时间到置数（Q2=1）的逻辑关系为相“或”。

选用或门及非门实现相应的控制。

3．音响电路

⑴．音频振荡器

   音频振荡信号VS可为正弦波或矩形波，一般800-1000HZ，可选用多种方案实现，如RC环形振荡器、自激对称多谐振荡器、555集成定时器构成的振荡器等。

   ⑵门控电路及喇叭电路

图六所示的门控电路及喇叭电路，利用TTL的功率门或OC门直接驱动小功率喇叭发声。

CP1是周期1S的矩形波，则会产生隔半秒的嘟声，Q2是每节比赛的时间结束控制信号。

（3）报警电路

报警电路可用555定时器构成，也可用发光二极管代替。

用555定时器需要构成振荡器，相对于用发光二极管比较复杂。

4、安装调试

安装完成一部分单元电路后，应先调试该单元电路功能，正常后再与其他的单元电路连接起来，最后统一调试。

调试步骤如下：

（1）主电路

显示电路---译码电路---六十进制和二十进制的减法计时器、十进制的加法计数器

（2）开关启/停控制电路

防抖动开关电路----启/停控制器

（3）置数电路

1开机置数电路

通过开关机，检查是否可靠实现开机置数功能，并且将开关置启动位置，检查是否实现了十二进制减法计数器和四进制加法计数器。

2每节比赛时间结束电路

先检查当计数器减至“00”分“00”秒时，即Q2是否置为1，计时器是否暂停工作。

然后将钮子开关K拨至暂停位置，观察Q2是否恢复为0；再将钮子开关K拨至启动位置，观察是否计时器开始计时。

3每节比赛时间结束置数电路

应当先检查计时器减至“00”分“00”秒时，即Q2置数为1时，计时器是否置初始值。

然后将钮子开关K拨至暂停位置后再启动，观察是否计时器开始倒计时。

4音响电路

音频振荡器---门控电路---喇叭电路

五、总体设计电路图

图七总体电路原理图

如图七所示，当开关A接右时，经防抖动开关输出为低电平，经过与门，仍为低电平，则LD=0，实现置数；开关A接左时，输出为高电平。

图中的暂停/连续开关由空格键控制，当接右时，经防抖动开关输出为1，BO无借位时输出为1，有脉冲时为1，经三输入的与非门为0，再经与非门为1，所以能正常工作；当开关接左时，经防抖动开关后为0，经两个与非门仍为0，实现暂停计时。

六、实验结果及分析

1、拨动开关，当A=0时重新置数，当A=1时开始计数。

当按空格键输出为0时暂停，当按空格键输出为1时继续。

2、当计时器从12分00秒递减到00分00秒时，数码显示器不灭灯，同时发光二极管发光报警。

但遗憾的是在仿真中二极管没有发光。

3、手动控制K1和K2实现暂停和连续功能。

4、在MULTISIM中进行仿真

用Multisim2001进行模拟仿真，按照实验设计好的电路在Multisim2001中进行放置元件、设置电路参数、连接各元件，然后进行功能测试，经几次修改布线错误最终仿真成功。

其中也出现些不可避免的误差，例如刚开始时不能实现六十进制。

5、实验连线时比较成功，可遗憾的是显示器的第一位数字不能正确显示出来。

七、心得体会

这次的课程设计,学生可以选择老师的题目，也可以自己命题,并且能够组队操作，很有趣味,同时也可以学到很多东西.我认为,在这个学期的课程设计中,收获颇多，在此过程中,我们通过查找大量资料,请教老师,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考,动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高.更重要的是,在实验课上,我们学会了很多学习的方法.而这是日后最实用的,真的是受益匪浅.要面对社会的挑战,只要不懈的努力，任何事情都会做到很好。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在闫老师的辛勤指导下，终于游刃而解。

同时，在闫老师的身上我学得到很多实用的知识，在此我表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

八、参考文献

1．阎石主编.《数字电子技术基础》.第4版.高等教育出版社2．毕满清主编.《电子技术实验与课程设计》.第3版.机械工业出版社

3．标准集成电路数据手册TTL电路，电子工业出版社