篮球竞赛30s计时器.docx

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篮球竞赛30s计时器

粘£4无空士摩

课程设计说明书

课程设计名称：

数字电路课程设计

课程设计题目：

篮球竞赛30s计时器

学院名称：

科技学院

专业：

通信工程班级：

1082041

学号：

18姓名:

刘金钊

评分：

教师：

摘要

篮球是现在学生酷爱的运动项目之一。

无规矩不成方圆，同样，篮球比赛也有约束其开展的赛制。

篮球比赛中，一场比赛都是以时间计算的。

在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就犯规了。

本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒限制。

一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警从而判定球员的犯规。

本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30秒计时器。

此计时器功能齐全，可以直接启动、暂停、连续、清零以及具有光电报警功能。

课设原理包括信号发生、时序控制电路、计数器、译码显示、光电报警五部分。

信号发生部分，用到555芯片，构成多谢振荡电路，产生脉冲信号。

时序控制电路部分，以RS触发为主体构成。

利用74LS192十进制可逆计数器构成计数器部分，译码显示可选择CD4511B（或74LS48均可。

本设计主要能完成：

显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功

能；在直接清零时，数码管显示器灭灯；计时器为30秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，同时发出光电报警信号等。

由于30秒计时器的设计的应用，使得篮球比赛朝着更加公平合理，紧张激烈和富有魅力的方向发展。

关键词：

555多谢振荡电路RS触发74LS192倒计时30秒

前言4

第一章设计内容5

设计要求5

第二章系统设计方案6

2.1计时器的组成框图6

2.2系统方案及选择6

2.21方案一6

2.22方案二7

第三章系统电路设计9

3.1秒脉冲发生器9

3.230进制递减计数器10

3.3译码显示电路10

3.4光电报警电路11

3.5时序控制电路设计11

第四章安装与调试13

第五章结论与心得15

附录一总电路图16

附录二各芯片管脚图及功能表16

附录三元件清单17

附录四参考文献18

、八、-

前言

篮球比赛规则从最初的13条发展至今更趋于合理、公平，其中重要是一条便是对时间的规定。

美国队一直都是奥运赛场上篮球比赛的最大赢家，1952年第15届奥运会篮球比赛苏联队对美国队的冠亚军争夺大赛，大概是篮球史上最没有意义的一场比赛！

不仅双方的比分低的可怜，而且两队所采用的战术更令人扫兴。

最后苏联队以25：

36败给美国队，获得银牌。

而原因就是当时没有30s

和球回后场违例的规则。

苏联利用这一空子，采用稳扎稳打，步步为营的战术逼近美国队，不断缠美国队员，让美国队员难以出手投篮。

而美国队由于水平较高，则采用在领先的情况下打控制球，把球来回的倒的泡时间方法。

其他各队见这一招好使，都纷纷效仿，从而使得快速激烈的篮球运动变成了“老爷车”式的运动。

1956年国际篮联出决定，增添了30s规则，限制了这种“老爷球”的打法。

从此，慢吞吞的“老爷球”打法终于在篮球历史上彻底消失了。

而现代篮球打法更趋于科技化，本试验就是一个体现—30s计时器的设计。

科技的进步促使该相竞技运动更加精彩。

投篮竞赛30秒计时器在篮球比赛中有很重要的作用，规范了比赛及赛场秩序。

处在多元化社会的今天，会有很多赛事需要用到电子设备。

作为一名学习知识的青年，应该学好基础知识，设计出是人民满意的东西，产出人性化和自能化的电子产品，另一方面电子产品不断的更新，需要我们更加扎实的基础。

本课设主要利用各芯片功能，从而构成功能电路，主要实现倒计时功能。

整个电路的设计借助了multisim2010仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在multisim2010下设计和进行仿真，得到了预期的结果。

最后，运用Protel99SE进行了PC电路板的设计。

第一章设计内容及要求

设计内容:

设计重点在于对30s计时器进行整体的分析和构思，研究其在起动、暂停/连续以及报警条件下，实现这些功能所需的模块。

设计主要包括信号发生、时序控制电路、计数器、译码显示、光电报警五部分。

信号发生部分产生正弦波信号，时序控制电路控制使外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续功能，计数器实现30S倒计时功能，之后译码器译码显示。

计数器完成30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。

基本要求:

1、具有显示30S计时功能；

2、设置外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续功能；

3、在直接清零时，要求数码管显示器灭灯；

4、计时器为30S递减计时，计时间隔为1S;计时器递减计时器到零时，数码管显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。

第二章系统设计及方案选择

2.1计时器的组成框图

用计时器对1Hz时钟信号进行计数，其计数值即为定时时间。

根据设计要求可知，计数器初值为30，按递减方式计数，减到0时，输出报警信号，并能控制计数器暂停/连续计数，所以需要设计一个可预置初值的带使能控制端的递减计时器。

总思路设计框图如下所示：

报警电路

图2.11总思路设计框图

2.2系统方案及选择

2.21【方案一】：

第一部分：

利用NE555构成占空比及频率可调的脉冲发生电路（多谐振荡电路），555脉冲形成电路是由555芯片、电阻和电位器够成占空比可调的无稳态多谐振荡器，产生时钟脉冲，以下是555芯片功能表、原理图及管脚图：

吋M

亀蓉电雄叫

2号巒1■找念

■人电味职

0

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0

1

戡止

戲止

恢眾幔环

1（埒怙）

1

0

»逋

罄£

or

]

导通

表2-21555

芯片功能表

图2.22555芯片原理图及管脚图

第二部分：

由74LS192十进制可逆计数器，构成30进制递减计数器，预置数为8421BCD码00110000,即十进制的30,根据功能可以看出，通过控制CPuCPd端输入，起到加减计数的功能，本实验用到的是减计数，芯片功能表如下所示；

HR

PL

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1

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1

■X

X

M

fl］诗魁

]

1

K

X

表2-2374LS192功能表

第三部分：

译码显示部分由8421BCD码译码器74LS48及数码管构成，起到对倒计时数据译码显示的作用，74LS48是一种常用的七段数码管译码器驱动器；

輸入

輸出

DCBA

atcdefg

牴字

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0

0001

1C01111

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5

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0CQ1111

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7

1000

3t）01100

8

1001

0C01100

g

表2-2474LS48功能表

第四部分：

光电报警部分包括发光二极管、蜂鸣器及电阻组成，在计时器倒计时为零时，发出警报提醒，电阻起到的是分压的作用；

2.22【方案二】

鉴于方案一在电路焊接完成后，未能使电路实现计数器的直接清零、启动和暂停/连续功能，故对方案一进行了一定的改进

第一部分：

利用NE555构成占空比及频率可调的脉冲发生电路（多谐振荡电路），555脉冲形成电路是由555芯片、电阻和电位器够成占空比可调的无稳态多谐振荡器，产生时钟脉冲：

第二部分：

由74LS192十进制可逆计数器，构成30进制递减计数器，预置数为8421BCD码00110000，即十进制的30，通过控制CPuCPd端输入，起到加减计数的功能，本实验用到的是减计数；

第三部分：

译码显示部分由8421BCD码译码器74LS48及数码管构成，起到对倒计时数据译码显示的作用，74LS48是一种常用的七段数码管译码器驱动器；

第四部分：

光电报警部分包括发光二极管、蜂鸣器及电阻组成，在计时器倒计时为零时，发出警报提醒，电阻起到的是分压的作用；

第五部分：

时序控制电路部分，主要由RS触发电路构成，为了保证满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系，通过外部开关的控制，起到计数器的直接清零、启动和暂停/连续功能。

两方案相比较，方案一较为简单，但在功能上，缺少时序控制电路部分，导致电路无法实现计数器的直接清零、启动和暂停/连续功能。

方案二在其基础上添加时序控制电路，完成了改功能的实现。

故在电路功能的实现上，方案二较优于方案一。

根据电路方案的设计及选择，得到图2.11总思路设计框图。

图2.11篮球竞赛30s计时器电路图

第三章系统电路设计

3.1秒脉冲发生器

秒脉冲发生器是电路的时钟脉冲和定时标准，本设计对此要求不高。

电路采

用555集成电路组成的多谢振荡器构成。

信号发生部分用555定时器设计成一个周期为1s的多谐振荡电路，将其输出端通过门电路给十进制计数器输入时钟信号。

接着通过十进制计数器的进位端提供秒脉冲。

图3.1555组成多谢振荡电路

秒脉冲发生器的设计一般用555定时器设计成多谢震荡电路产生脉冲信号。

该设计要求振荡周期为1秒，输出脉冲幅度大于3V小于5V。

输出脉冲的占空比q=2/3，根据要求电源电压取5V。

该电路的充放电时间及输出脉冲的周期如下：

3.230进制递减计数器

74LS192是十进制加/减可逆计数器，图2.3所示电路是选用该芯片设计的可预置计数初值递减计数器。

30进制递减计数器的预置数为8421BCD码00110000,即十进制的30。

电路采用串行进位方式级联，其计数原理是，当制数端LD为1,清零端CR为0,且加计数端CPu为1时，在CP时钟脉冲上升沿的作用下，计数器在预置数的基础进行递减计数。

每当个位计数器减计数到0时，其BO1发出一个负脉冲，作为十位计数器减计数的时钟信号，使十位计数器减1计数。

当

高、低位计数器处于全0，同时在CPd为0期间，高位计数器LD2=BO2=0,计

数器重新进行异步置数，之后高位计数器LD2=BO2=1，计数器在CPD时钟脉冲

作用下，进入下一轮减计数

•二

图3.230进制递减计数部分电路

3.3译码显示电路

为了保证计数器输出，数码管显示成功，故用到8421BCDS译码器74LS4&74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，是8421BCD译码器。

电路

如图2.4所示:

图3.3译码显示电路

3.4光电报警电路

根据任务要求，当计时器递减计时到零时，发光二极管及蜂鸣器导通，发出光电报警信号。

设计以下电路控制，如图2.5所示：

图3.4光电报警部分电路

此部分电路设计相对简单，主要是将计数器中“00”信号传输到电路中,

从而实现报警效果

3.5时序控制电路设计

为了保证满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系，时序控制电路要完成以下两个功能：

1）当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP（秒脉冲信号），同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30S字样；当启动开关断开时，计数器开始计数。

2）当暂停/连续开关拨到暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态;

当暂停/连续开关拨在连续时，计数器继续累计计数根据以上功能要求，设计的时序控制电路如图2-7所示。

图中，与非门U3AU3B的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，当U3B输出为1时，U3A关闭，封锁CP信号；当U3B输出为0时，U3A打开，放行CP信号，而U3B的输出状态又受外部操作开关X2、X3（即启动、暂停/连续开关）的控制。

图中，U3A空脚输入

CP信号U5B输出端接芯片74LS192LD端。

图3.5时序控制电路

第四章安装与调试

4.1电路的安装

电路安装要注意几个原则：

1、先矮后高、先小后大、先放耐焊元器件等；

2、布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用；

3、最好分模块安装。

此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温，比如焊接时，电烙铁绝对不能停留太久；

4、由于本课设电路相对复杂，因此，在焊接过程中，应在一个模块完成时就开始进行检查，以防出现最后焊接错误，却难以找出原因的现象，便于检查；

5、在焊接的时候要注意尽量少用导线连接电路，用焊锡丝连接电路，使作品更为美观；

6、芯片管脚在连接时，应特别注意管脚的辨识，以防出现因管脚接错的原因，导致实验结果出错；

7、在布局上要合理的安排电路，便于之后焊接的方便。

4.2电路的调试

调试时应小心谨慎，电路安装完毕后，首先应检查电路的电源线和地线的走向，防止因为电源线或地线接错而导致烧坏芯片或者是电源等现象。

然后接电调试。

如果遇到问题，则应该根据产生的问题，加上对原理图的分析，首先找到可能出错的地方。

在调试过程中先要接好线，特别是接电源线及地线。

为了便于电源与地的区分，在焊接中尽量用不同颜色的导线，在最后完成时，将所有的电源线、地线放到一起，以防接电源时漏接导线。

本课设电路设计中采用的均为定值元器件，主要是电路焊接及原理的问题，故在焊接完毕后，先主要针对原理图，检查电路是否焊接正确，是否存在短接之类问题。

在确保电路的正确性后，再接电源查看功能。

如若出现功能不能实现，则应更具原理，查看该模块电路，从而进行修改，得到结果。

4.3电路的分析

本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，需要我们很好的理解各芯片的原理

及应用。

在电路设计中，应先从应用芯片的功能着手了解，进而设计电路

电路主要包括信号发生、时序控制电路、计数器、译码显示、光电报警五部分。

分别运用了555芯片构成的多谢振荡电路、74LS192十进制可逆计数器、8421BC译码器、数码管及光电报警部分电路，共同完成了本次课程设计的原理设计。

最后完成后，电路基本可以运行。

但由于采用的方案一并不十分完善，因此，外部开关调控上还存在一定的问题。

最后，完善方案二，加入了时序控制电路，继而能够较好的控制其功能。

第五章结论与心得

本设计主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的部分功能要求：

1）具有显示30S计时功能；

2）计时器为30S递减计时，计时间隔为1S;

3）可实现开关式直接清零，切数码管之后不灭灯。

存在的问题：

1）光电报警部分不理想；

2）由于缺少时序控制电路，不能做到电路控制清零功能，及外部开关控制。

此次课程设计采用的电路原理基于数字电路的基本知识，主要永运的是芯片控制电路。

因此，电路设计中，要求我们能够很好地理解各应用芯片的功能。

设计中，通过对方案一电路的改进，能够完成要求任务。

通过对两方案的比较，加深了对原理的认知。

也通过本次课程设计，巩固了对数字电路的学习。

基本完成任务。

最后，针对设计电路，应用到Protel99SE软件进行了PCB电路板的设计。

在本次课程实际中通过自己选题、找材料、分析、设计等，也掌握了一些软件的操作方法，为以后学习做了铺垫。

整个设计实现了从单一的理论学习到实际问题的解决。

通过本次课设，提高了动手能力，培养了了寻找问题解决问题的的能力。

在设计中，充分应用了所学的知识，例如：

集成电路74LS系列、555

芯片构成的多谢振荡电路等。

附录一：

总电路图

U10

VCC

13

74LS192D

VCC

LED'

C1

Key=C

VCC

9

U8

74

A.SOOD

U4

74LS48D

I.R5；■1.0kQ

U5A74LS08D

U6A74LS08D

R6

|-VwV

100Q

J2

fi'

C2

=10卩F=10nF

U7A

11

VCC

A

QA

B

QB

C

QC

D

QD

~LOAD

~BO

CLR

~CO

.up

DOWN

74LS192D

R41.0kQ

OOOBOOG

O

R

TB/

ABCD~RB

Key=B

5V

VCC

U3―p

74LS48）

OOOOOOG

O

R

TB/

ABCD~RB

A

QA

B

QB

C

QC

D

QD

~LOAD

~BO

CLR

~CO

）up

”DOWN

1,R7

VCC

VCC

RSTOUT

DIS

THR

TRI

CON

GND

A1

555_VIRTUAL

附录二：

各芯片管脚图及功能表

TNn4&G78nAByu

□HnRB石54321DO

VGCf

gab

cU

74LS48管脚图

E±JLUL±J

CP1Qtty

:

:

丄zA7CJCJ

Q.l”口

74LS192管脚图

2

7

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12.

IA

”8

1uI11^1nnrmn<7im厂

n

Lr宀

III2I丨31丨4I1农|I哎I|r|

GND

Y-AB

Inputs

Output

A

B

¥

l

L

H

L

H

11

H

L

l-l

H

H

L

74LS00（Y=AB）

附录三：

元件清单

元件清单

编号

原件

型号

数量

1

电阻

100

3

2

电阻

300

1

3

电阻

600

1

4

电阻

1K

2

5

发光二极管

1

6

-H-UL心片

555

1

7

-H-UL心片

74LS192

2

8

-H-UL心片

74LS48

2

9

-H-UL心片

74LS00

1

10

-H-UL心片

74LS08

1

11

七段数码显示器

共阴极

2

12

电容

10nf

1

13

电容

10uf

1

14

插槽

14168脚

各4个

15

单刀双掷开关

1

附录四：

参考文献

【1】阎石•数字电子计数基础（第五版）[M].北京：

高等教育出版社.2006.

【2】罗杰.谢自美.电子线路设计.实验.测试（第四版）[M].北京：

电子工业出版社.

【3】谢自美.电子线路设计.实验.测试（第三版）[M].武汉：

华中科技大学出版

社.2006.