30秒篮球计数器.docx

1、30秒篮球计数器电子技术课程设计报告书课题名称 篮球竞赛30s计时器姓 名学 号 院、系、部电气系专 业电子信息工程指导教师2011年6月28日篮球竞赛30秒计时器设计摘要计时器在人类生活中有着非常重要而广泛的应用，古时候人们就开始用沙漏和水漏做定时工具，随着科技和社会的发展，人们开始用全新的方法来改造计时器以达到准确计时的目的。篮球竞赛计时器就是一种典型的计时器的应用。在篮球比赛中规定球友持球的时间不能超过30秒，否则就是犯规。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进行30秒限制，一旦球员持球的时间超过了30秒，它将自动报警从而判定刺球员的犯规。本文设计用

2、的是实现以中小规模集成电路设计计时器的方法，它是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。它是由时钟脉冲产生电路、计数电路、译码驱动及显示电路、报时电路及电源电路组成。时钟脉冲采用555定时器构成多谐振荡电路产生，通过EDA软件Multisim10绘制了电子电路仿真原理图，并进行仿真，同时用万能板焊接制作了硬件实现电路。一、设计目的 1培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用经学过的理论和生产实 际知识去分析和解决工程实际问题的能力。2学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。3运行

3、基本技术训练，如基本仪器仪表的使用，产业元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。4培养学生的创新能力。二、设计要求本设计主要能完成：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30秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。三、设计方案及原理框图 1.电路设计方案 用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟秒脉冲。555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1、R2向电容C充电

4、，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1、R2又开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。 公式计算： T1=(R1+R2)Cln2; T2=R2Cln2; 振荡周期T = T1+T2=0.7 ( R1 + 2R2) C =1 (s) 若取C=10F，结合实际选取电阻为R1=51K,R2=47K。2.原理图原理图如下图所示。该图包括秒脉冲发生器、计数器、译码显

5、示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等5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30秒计时功能，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灭灯等功能。 555定时器用来产生周期为1秒的脉冲信号，供计数器进行倒计数 ，以便将计数器输出的数据传送给译码器，译码器再译码驱动七段数码管显示输出，控制电路实现“篮球竞赛30s” 的暂停/继续工作，清零复位，置数/工作；报警电路实现30s计数器减至0秒时报警电路发出光电警报，由此分析得出30秒计时器的总体参考方案框图如图1-1所示。它包括秒脉冲发器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路等

6、五个模块组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。四、单元电路设计及主要元器件参数计算1)1秒脉冲发生器 4计数电路选用两片中规模集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。两片74LS192构成预置数的三十进制递减计数器，计数器十位接成三进制，计数器个位接成十进制，置数端A、B、C、D通过开关接高低电平，若接高电平可进行其他置数；此计数器预置数为（0011 0000）=（30）10，只有当低位端发出错位脉冲，高位计数器才做减计数。1片74LS192构成1秒减计数电路（即个位）。74LS192的引脚图和功能表如图所示

7、。它的计数原理是：使加计数脉冲信号引脚CPu=1，计数脉冲加入个位74LS192引脚CPD脚，当减计数到零时，个位 74LS192的CO端发出错位脉冲，使十位计数器减计数，当高、低位计数器处于全零时，CPD（DWN）端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下次循环减计数。 图2-2 74LS192引脚图 表1 74LS192功能表 2)计数电路 5 此模块主要是由74LS48译码器和共阴极七段LED显示器组成，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段LED显示器从30递减到零的计数显示功能。 1. 74LS48是七段显示译码器，其管脚图如下图2-3所示。现将各管脚功能介绍一下： A、B、C、D是

8、BCD码的输入端；a,b,c,d,e,f,g是输出端；试灯输入端LT：低电平有效。当LT0时，数码管的七段应全亮，与输入的译码信号无关。本输入端用于测试数码管的好坏；动态灭零输入端RBI：低电平有效。当LT1、RB0、且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭；当译码输入不全为0时，该位正常显示。本输入端用于消隐无效的0。如数据0034.50可显示为34.5；灭灯输入/动态灭零输出端RBO：这是一个特殊的端钮，有时用作输入，有时用作输出。当RBO作为输入使用，且RBO0时，数码管七段全灭，与译码输入无关。当RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI：当LT1且RBI0时，RBO0；其它情况下

9、RBO1。本端钮主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。本设计将RBI、LT、RBO都置高电平。 图2-3 74LS48管脚图 3)译码显示电路 6 2.共阴极七段LED显示器是较常用的显示数码管，但在使用时要注意的是： 看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，最好在使用前用万电用表测一下它的极性，其管脚图如下图2-4所示，如果为共阴极的，其管脚COM端接地；如果为共阳极的，起管脚COM段要接高电平。 图2-4 共阴极七段LED显示器管脚图 报警电路，采用555产生1个输出频率为9.5HZ的脉冲发生器，经过74LS11的一个高电平促使发出光电报警，当SW6置高电平时警报停止。电路图2-

10、5所示。4)报警电路5)控制电路控制电路是30S倒计时设计的核心，电路如图2-6(a)(b)(c)所示。图（a）中，用2与非门组成基本RS触发器，开关sw1控制计数器的置数，当SW1闭合时触发器直低电平，送至74LS192的LD端和UP端，计数器的LD=0，计数器预置数，反之，计数器启动处于技术工作状态。 图(b)开关SW2控制计数器的暂停/计数。74LS11输出接74LS192（2）的DWN端。当SW2下合时，触发器输出低电平，与十位74LS192（1）的13脚BO端输出的高电平和555定时器输出的时钟脉冲一起通过三与门，使得三与门输出低电平，送至74LS192（2）的4脚DWN端，令计数器

11、停止工作。显示器上保持原来的数不变，当SW2合上时，74LS11门电路打开，脉冲信号送入计数器的减脉冲输入端，计数器继续累计计数。图（C）中，开SW3控制计数器清零，SW3=”1”（合下）时，接高电平输出，送至74LS192集成电路CLR端，计数器清零，反之，正常计数。 6)直流电源设计计算：求5V直流电压源：令图中R1=100,Rw=200,R2=300,VDz=3V,故有UOmax= VDz（R1+R2+Rw）/R2=6V；UOmin= VDz（R1+R2+Rw）/（R2+Rw）=3.6V；当Rw=60时，UO=5V，（恰为负载提供5V的直流电压源）。求12V直流电压源：令图中R1=100

12、,Rw=300,R2=200,VDz=6V,故有：UOmax= VDz（R1+R2+Rw）/R2=12V；UOmin= VDz（R1+R2+Rw）/（R2+Rw）=7.2V；当Rw=100时，UO=12V，（恰为负载提供12V的直流电压源）。7)开关设置五、电路图六、调试及故障分析 电路安装完毕后，首先检查电路个部分的连线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。再接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。七、设计总结：在本次的课程设计中通过自己找材料、分析、设计等，也掌握了一些软件的

13、操作方法，这为以后的学习做了铺垫。整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。这次课程设计使我的理论知识得到了综合应用，培养了我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。例如：集成电路74LS系列、整定时器555等元件的应用。这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，培养了我的设计思维。在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。作为一个大学生，我们必须跟上时代的发展，这就使我们必须要扩展自己的知识，利用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。课程设计的自主设计、学习和研究过程中，通过写课程设计的总结报告，初步训练我的书面表达能力，组织逻辑能力，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步发展帮助很大，同时也加强了我对课本知识的理解，并且我也深深地体会到自己所学知识的不足，激发了我的自学能力和应对挑战的能力，为今后学习打下了良好的基础，培养了我们严谨务实，戒骄戒躁的作风。八、参考文献：1数字电子技术基础简明教程（第三版），余孟尝，20062 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006