24秒篮球计数器设计完美版详解.docx

24秒篮球计数器设计完美版详解.docx

《24秒篮球计数器设计完美版详解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《24秒篮球计数器设计完美版详解.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

24秒篮球计数器设计完美版详解

湖南人文科技学院

课程设计报告

课程名称：

电子技术课程设计

设计题目：

30秒篮球计数器

系别：

通信与控制工程系

专业：

自动化

班级：

姓名：

学号：

起止日期:

2013年6月10~6月24日

指导教师:

李新君

2013年6月29日

指导教师评语：

指导教师签名：

年月日

成

绩

评

定

项目

权重

成绩

1、设计过程中出勤、学习态度等方面

0.2

2、课程设计质量与答辩

0.5

3、设计报告书写及图纸规范程度

0.3

总成绩

教研室审核意见：

教研室主任签字：

年月日

教学系审核意见：

主任签字：

年月日

摘要

这次课设设计了一个一个篮球竞赛30秒计时器电路。

它由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和时序控制电路五个部分组成。

本电路用两个74LS192芯片构成递减计数器（30进制）；控制电路由74LS00和74LS08构成；秒脉冲发生器由555集成定时器构成；两个数码管构成显示电路。

计数器完成30秒计时功能，当计数器接收到秒脉冲后开始倒记数，等递减到0时，发光二极管亮光报警，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。

关键词：

篮球；30秒；竞赛；计数器

第一章设计任务及要求............................................................................1

1.1设计基本要求..............................................................................................1

1.2设计任务及目标.......................................................................................1

第二章总体参考方案.....................................................................................2

2.1设计原理......................................................................................................2

2.2设计方案.......................................................................................................2

第三章单元电路设计.................................................................................3

3.1秒脉冲发生器................................................................................................

3.274LS192构成30减计数器......................................................................

3.3译码显示模块................................................................................................

3.4报警电路模块................................................................................................

3.5控制电路部分............................................................................................第四章实验室调试............................................................................

4.130秒置数仿真测试...........................................................................................

4.2暂停/继续仿真测试..........................................................................................

4.3报警电路的仿真.............................................................................................

4.4调试结果图片...............................................................................................

第五章结论及心得体会

5.1结论........................................................................................

5.2心得体会........................................................................................

参考文献

附录一：

数字秒表电路原理图.......................................................................

附录二：

数字秒表电路PCB图.....................................................................

附录三：

数字秒表实物图........................................................................................

附录四：

元件清单........................................................................................

第一章设计任务及要求

1.1设计基本要求

1.具有30秒计时功能。

2.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。

3.在直接清零时，要求数码显示器灭灯。

4.计时器为30秒递减时,计时间隔为1秒。

5.计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，蜂鸣器要报警、发光二极管亮灯。

1.2设计任务及目标

1.根据原理图分析各单元电路的功能

2.熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能

3.进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求

4.写出完整、详细的课程设计报告

第二章总体参考方案

2.1设计原理

30秒计时器的总体参考方案框图如下图所示。

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（简称控制电路）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。

24S设计总体框图

  秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。

 译码显示电路由74HC4511和共阴极七段LED显示器组成。

报警电路在实验中可用发光二极管和鸣蜂器代替。

主体电路：

30秒倒计时。

30秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，比赛开始后，30秒的置数端无效，30秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。

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门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。

2.2设计方案

分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分。

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。

为了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。

在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。

当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码器显示电路显示“30”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关拨在暂停位置上时，计时器停止计数，处于保持状态；当暂停/连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。

第三章单元电路设计

3.1秒脉冲发生器

10HZ脉冲信号的产生电路，由555的3脚输出，电路的各个元器件参数如上图所示，电路的接法为典型的多谐振荡电路的接法。

（如下图）电路工作在两个暂稳态，利用电源通过R4 、R3向C2充电，以及C通过R3向Ct端放电，使电路产生振荡。

输出信号的时间参数：

T=T1+T2;其中T1=0.7（R3+R2）C2（正脉冲宽度）,T2=0.7R2C2（负脉冲宽度）；T=0.7（R3+2R2）C2T=0.7C2（R1+2R2）=1.078s可近似1s但是电路容易受温度及电阻电容精度影响，误差较大，适用于粗略的场合。

3.274LS192构成30减计数器

30秒减法计数器采用74LS192设计，74LS192是十进制同步加法|减法计数器，采用8421BCD码编码，具有直接清零异步置数功能。

CPU

CPD

LD'

CR

操作

×

×

0

0

置数

↑

1

1

0

加计数

1

↑

1

0

减计数

×

×

×

1

清零

由此看出,当LDˊ=1,CR=0,CPD=1时,如果有时钟脉冲加到CPU端,则计数器在预置数的基础上进行加法计数,当计数到9时,COˊ端输出进位下降沿跳变脉冲；当LDˊ=1，CR=0，CPU=1时，如果有时钟脉冲加到CPD端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当计数到0时，BOˊ端输出借位下降沿跳变脉冲。

由此设计出三十进制减法计数器，具体电路图如图2所示,图中的Q0-Q7分别接到显示译码器的输入端，CPD端接到秒脉冲发生器的脉冲输出端。

图中预置数为N=（0011000）8421BCD=（30）10，当低位计数器的借位输出端BOˊ输出借位脉冲时，高位计数器才开始进行减法计数。

当计数到高、低位计数器都为零时，高位计数器的借位输出端BOˊ输出借位脉冲，使置数端LDˊ=0，则计数器完成置数，在CPD端输入脉冲的作用下，进行下一循环的减法计数。

3.3译码显示模块

用4511驱动数码管。

U10的A（15脚）、B（1脚）端接高电平，C（9脚）、D（10脚）接地，U11的A、B、C、D均接地。

当两个74LS192的置数端（11脚）来个低电平时，由于复位端（14脚）接地，计数器被置为30，且每来一个脉冲计数器开始倒计时。

74HC4511功能表

十进制

输入

LE

输出

/LT

/BI

A

B

C

D

QA

QB

QC

QD

QE

QF

QG

0

1

1

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

0

2

1

1

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

3

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

4

1

1

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

5

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

6

1

1

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

7

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

0

8

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

9

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

3.4报警电路模块

当计数器满30个脉冲，高位计数器的BO端输出低电平，一方面将与门一个输入端置零，另一方面点亮发光二极管，发出报警信号。

需要说明的是，当输入端置零的时候，74LS192的输入端被封锁，所以数码管显示一直停在00。

3.5控制电路部分

3.5.1清零功能

通过对74LS192的CLR（14号引脚）控制，实现清零操作。

3.5.2置数功能

通过对74LS192的LOAD（11号引脚）控制，实现置数操作。

3.5.3暂停、启动功能

通过对秒脉冲的OUT（3号引脚）端控制，实现暂停、启动功能。

3.5.4直接清零（灭显示器）

通过对BI引脚的控制，实现显示器的亮灭。

当单刀双刃开关调到置数端，处于初始状态，数码管显示30；

第四章实验室调试

4.130秒置数仿真测试

启动S1（低电平）成置数功能,LD置为低电平出现30秒字样;断开S1（高电平），LD置为高电平，计数器开始进行递减计数，如图8所示。

图830秒置数仿真测试

4.2暂停/继续仿真测试

当暂停/继续开关S2处于暂停位置（低电平）时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示原来的数，而且保持不变，如图9所示；当暂停/继续开关S2处于连续位置（高电平）时，计数器正常计数如图10所示

图9暂停仿真测试

图10连续仿真测试

4.3报警电路的仿真

当计数器计到状态“00”时，高位片的借位输出端BO产生低电平借位脉冲信号，由此导通发光二极管产生光报警信号。

图11报警电路的仿真

4.4调试结果图片

开始置数，显示24S（如上图）

时间到了，数码管显示00，蜂鸣器响，发光二极管亮了。

详见附录视频。

本设计主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的功能要求：

1.时钟模块为减计数提供脉冲信号，从而实现计数器间隔为1秒钟；

2.计数、译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能：

3.报警模块是为了实现当减计数到零时发出光电报警信号；

4.控制模块主要是为了实现计时器的启动、直接清零和暂时/连续功能，其中在直接清零时，由外控制开关控制译码器消隐端，从而可以实现译码器灭灯；通过暂时/连续开关从而实现断点计时功能。

至此，本设计能完成所有任务及要求。

第五章结论及心得体会

5.1结论

根据实验结果，本设计方案基本完成了设计的要求，总的来说该方案是十分可行的，电路结构简单，条理清晰，结果符合要求。

但是由于产生的脉冲信号不易保持以及产生的秒脉冲信号不够稳定和精确的原因还存在着报警时间过短和计数时间不够精确的缺陷，可以通过用分频电路来代替555信号发生器来产生稳定的秒脉冲计时信号，来进一步改善电路计时的准确性；对产生的借位脉冲信号时间过短的原因可以用展宽电路把脉冲扩展到足够宽，使发光二极管持续发光。

5.2.调试心得体会

在此次课程设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来。

按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。

在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。

在此，非常感谢赵国树老师的认真指导。

在仿真中，我采用了分模块，最后整合时出现+5V用了两种VCC，VDD，导致出现网格错误。

但是在老师指导下解决了上述问题。

在进行实验的时候，遇到不少的问题。

一开始不知道该使用什么芯片去做实验，只好先熟悉芯片的功能，同时去图书馆借有关书籍，看看哪些芯片能达到编码，译码，锁存等，以及重新温习了书本。

经过资料的搜集，基本确定了用哪类芯片达到哪类功能。

然后就研究电路图，仔细对照真值表连接电路图，并画好电路图草稿。

画好电路图后，并在电脑上画好电路图，编译也不过，存在几个错误，慢慢检查后，是连线的错误，有几个地方是不该接在一起的，从而造成了一个输入端有两个输入量。

在排除错误后，经过了编译，但是数码管完全没有反应，后来发现接线错误导致令CD4511一直不工作，改过错误后，数码管能正确显示，选手也能抢答，但是抢答时间到了，74LS192还是在计数，不能在00那里停止，于是改进电路图，并完成了电路。

上面是一些问题和解决方法，其实遇到的问题远不止这些，不过现在回想起来都是一些很低级的错误，有时候是因为粗心大意造成的错误，有时候是因为没有认真看芯片的真值表而造成的。

通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。

1）在本次课程设计中，我对74HC4511、74LS192、555等芯片加深了了解，和巩固了对它们的使用，对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理解，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。

2）分模块调试电路思想给我们检查电路提供了很大的方便。

有时候是因为粗心大意造成的错误，有时候是因为没有认真看芯片的真值表而造成的，有时候是芯片坏了，或着其他元器件有问题。

3）提高实践动手能力。

大学中许多的时间都是在学习理论知识，很少参与时间中去，课程设计给我们提供了一个宝贵的机会，理论用语实践，从设计，仿真，安装调试，没一步的进行，都会带来受益非浅的实际操作训练，许多的实践经验是我们在课本上学不到的，必须经过这样严格的自己动手，才会从中体会出设计成果的喜悦。

理论知识总是要用于实践中才得以升华，我们应该更多的参与实践，以增强我们对电子专业的兴趣。

同时，从开发设计一些小规模产品去体会学习开发设计电子产品的设计思路，为以后的工作打下基础。

课程设计达到了专业学习的预期目的。

在一个星期的课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对电路板制作流程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。

参考文献

1.刘修文主编.是用电子电路设计制作.【M】北京：

中国电力出版社，2005

2.朱定华主编.电子电路测试与实验.【M】北京：

清华大学出版社，2004

3.路勇主编.电子电路实验及仿真.【M】北京：

北京交通大学出版社，2004

附录一总电路图

附录二：

数字秒表电路PCB图.....................................................................

附录三：

数字秒表实物图........................................................................................

附录四元器件清单

序号

编号

名称

型号

数量

1

U3U4

可逆十进制计数器

74LS192

2

2

U10AU10B

二输入一输出与非门

74LS00N

2

3

U5AU7A

二输入一输出与门

74LS08D

2

4

A1

555定时器

555_VIRTUAL

1

5

VCCVs

直流电源

+5v

2

+40v

1

6

C1C2

电容

10nF

1

10μF

1

7

R1R2R3R6R7

电阻

680Ω

15

10KΩ

2

15KΩ

1

68KΩ

1

8

U1U2

七段显示数码管

DCD_HEX_DIG_YELLOW

2