籃球比賽計時器設計NBA

1、課程設計報告 課程設計名稱 籃球比賽計時器設計專 業(yè) 班 級 姓 名 指導教師 日 期 籃球比賽計時器設計 設計任務與基本要求 設計任務 籃球比賽計時器是一種體育比賽計時裝置，經(jīng)過改造可滿足多種要求和場合。利用中小規(guī)模集成電路設計一個數(shù)字顯示的簡易籃球比賽計時器。 基本要求 籃球比賽上下半場四節(jié)制，每節(jié)12 min，要求能隨時暫停，啟動后繼續(xù)計時，一節(jié)比賽結(jié)束后應可清零。 按籃球比賽規(guī)則，進攻方有24 s為倒計時。要求進攻方得到發(fā)球權后，必須在24 s內(nèi)完成一次進攻，否則將球權判給對方，因此需要一個具有24 s的倒計時功能。 “分”、“秒”顯示用LED數(shù)碼管，應配用相應譯碼器。 用扭子開關控制

2、計時器的啟動暫停。24s計時時間到、每節(jié)結(jié)束和全場結(jié)束能自動音響提示。（2）工作原理及參考方案 籃球比賽計時器實際上是一種多功能倒計時裝置，它包括12 min、24 s倒計時，按鍵啟停功能和自動音響提示等，其組成原理框圖如圖232所示。該電路主要由秒信號發(fā)生電路、啟停電路、聲響電路、門控電路、顯示電路和計數(shù)電路等組成。一旦發(fā)球，啟停電路啟動，計時器開始工作，即12 min、24 s倒計時同時工作。當發(fā)球權交給對方時，24 s倒計重新開始計時，而12 min倒計時繼續(xù)工作。當啟停電路暫停時，12 min、24 s倒計器保持原來的數(shù)據(jù)不變，等到重新啟動開始工作?；@球比賽計時器設計摘要 本設計是脈沖

3、數(shù)字電路的簡單應用，設計了籃球競賽24秒和12分鐘倒計時器。此計時器功能齊全，可以直接清零、啟動、暫停和連續(xù)以及具有報警功能，同時應用了七段數(shù)碼管來顯示時間。此計時器有了啟動、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實現(xiàn)斷點計時功能，當計時器遞減到零時，會發(fā)出報警信號。本設計完成的中途計時功能，實現(xiàn)了在許多的特定場合進行時間追蹤的功能，在社會生活中也具有廣泛的應用價值。 本電路主要有五個模塊構(gòu)成：秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報警電路?？刂齐娐分苯涌刂朴嫈?shù)器啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。當控制電路的置數(shù)開關閉合時，在數(shù)碼管上顯示數(shù)字24，每當一個秒脈信號輸入到計數(shù)器時，

4、數(shù)碼管上的數(shù)字就會自動減1，當計時器遞減到零時，報警電路發(fā)出光電報警與蜂鳴信號。 關鍵詞：計數(shù)器 24秒倒計 譯碼顯示電路 控制電路 報警電路目錄第一章 總體設計思路、基本原理和框圖1、設計思路42、基本原理43、總體設計框圖5第二章 單元電路設計與方案比較（各單元電路圖）1、秒脈沖發(fā)生器的設計62、秒、分倒計數(shù)器的設計73、譯碼器和顯示器的設計94、節(jié)次控制電路的設計9第三章 總設計（總電路圖）10第四章 安裝、調(diào)試步驟11第五章 性能測試和結(jié)果分析12第六章 附錄（元器件清單）13第七章 參考文獻14 第一章、總體設計思路、基本原理和框圖一、設計思路籃球比賽計時器的主要功能包括： 12分鐘

5、倒計時、進攻方24秒倒計時計時暫停，重新開啟和結(jié)束警報提示。該計時系統(tǒng)由以下四個電路模塊組成：1秒時基產(chǎn)生器：這部分利用32.768KHz需要通過分頻器，最終產(chǎn)生1赫茲的電信號，驅(qū)動整個電路的運作。這一模塊主要是利用CD4060和CD4027的鎖存和分頻功能來實現(xiàn)。12分鐘倒計時：這部分電路完成12分鐘倒計時的功能，比賽準備開始時，屏幕上顯示12：00字樣。當比賽開始時，倒計時從12：00開始逐秒遞減到00：00。這一模塊主要利用雙向計數(shù)器74LS192的減計數(shù)功能來實現(xiàn)。攻方24秒倒計時：這部分電路與12分鐘倒計時功能類似，當比賽準備開始時，屏幕上顯示24秒字樣，當比賽開始后，倒計時從24逐

6、秒倒數(shù)到00。這一模塊主要也是利用雙向計數(shù)器74LS192來實現(xiàn)。節(jié)數(shù)記次：四個LED分別表示四場節(jié)次，根據(jù)比賽場次的轉(zhuǎn)換，用適當?shù)姆椒ㄊ惯@四個LED依次自動指示四場節(jié)次。警報提示：當兩個計數(shù)器中任一個計時到零時，BO端出現(xiàn)低電平。通過和二極管作用，發(fā)光二極管亮，起到報警作用。二、基本原理主體電路：即倒計時部分。包括12分鐘和24秒倒計時。12分鐘倒計時的基本原理：比賽處于準備開始階段，扳動啟動開關G使倒計時計數(shù)器相應的置數(shù)或清零端有效，顯示設定的時間12：00，當主裁判拋起球，比賽開始，扳動G，倒數(shù)計時器開始工作（相應的置數(shù)、清零端無效），計時器逐秒進行倒計顯示。當有球員犯規(guī)，裁判吹哨，整個

7、計時系統(tǒng)的倒計時暫停，這個功能通過暫停開關S截斷時鐘脈沖的傳輸來實現(xiàn)。當?shù)箶?shù)計時器計數(shù)到零時，選取“00：00”這個狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截斷信號,讓其與時鐘脈沖在與非門中將時鐘脈沖截斷，從而計時器在計數(shù)到零時停住。24秒計數(shù)芯片的置數(shù)端和12分的置數(shù)、清零端共用一個開關，比賽開始后，24秒的置數(shù)端也無效，24秒的倒數(shù)計時器與12分的倒數(shù)計時器同時開始進行倒計時，逐秒倒計到零。同樣也是選取“00”這個狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截斷信號，讓該信號與時鐘脈沖在與非門中將時鐘截斷，使計時器在計數(shù)到零時停住。節(jié)次電路：用四個D觸發(fā)器和適當?shù)慕M合邏輯電路搭成四位的移位寄存器，四個LED分別接在這四個

8、D觸發(fā)器的輸出Q上，當一天和尚撞一天鐘12分鐘重置時，電路自動移位指示節(jié)次。警報提示：為了給出警報提示，可在計數(shù)器的輸出端用一個普通二極管和LED二極管。當計數(shù)為0時，QO輸出為0，LED燈亮起。三、總體設計框圖報警電路秒脈沖發(fā)生器計數(shù)器計數(shù)器譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動12分鐘顯示24秒顯示控制電路總體電路說明： 倒計時功能主要是利用192計數(shù)芯片來實現(xiàn)，同時利用反饋和置數(shù)實現(xiàn)進制的轉(zhuǎn)換，以適合分和秒的不同需要。由于該系統(tǒng)特殊的需要，到各計時器到零時，通過停止控制電路使計數(shù)器停止計數(shù)并用LED發(fā)出警報。而節(jié)次計數(shù)是通過12分鐘的重置來實現(xiàn)的。第二章、 單元電路設計與方案比較（各單元電路圖）一、秒脈沖發(fā)生

9、器的設計方案一： 信號發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心。它的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，可選用晶振的頻率為32768Hz的脈沖經(jīng)過整形、分步獲得1Hz的秒脈沖。如下圖所示.輸出端正好可得到1Hz的標準脈沖。方案二： 由集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。 參數(shù)計算：1.脈沖產(chǎn)生電路：a.用555組成的脈沖產(chǎn)生電路: R1=15*103 R2=68*103 C=10F則555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1.43/(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而設計要求為1Hz,因此其誤差為5.3%,在精度要求不是很高的

10、時候可以使用.b.石英晶體振蕩電路: 采用的32768晶體振蕩電路,其頻率為32768Hz,然后再經(jīng)過15分頻電路可得到標準的1Hz的脈沖輸出.R的阻值,對于TTL門電路通常在0.72K之間;對于CMOS門則常在10100M之間.由于本次設計要求用32768赫茲的晶振產(chǎn)生秒脈沖，所以采用方案一。二、秒、分倒計數(shù)器的設計1、24秒倒計時電路計數(shù)器的倒計時功能。用兩片74LS192分別做個位（低位）和十位（高位）的倒計時計數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開始時的“24”倒計到“00”然后停止，所以可以直接運用十進制的74LS192進行減計數(shù)。因為預置的數(shù)不是“00”，所以我選用置數(shù)端LOAD來進行預置數(shù)。

11、低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖。24秒倒計時電路如圖：2、12分鐘倒計時電路設計12分鐘倒計時秒部分。運用兩片可逆計數(shù)器74LS192來構(gòu)成60進制的減計數(shù)器。這個計數(shù)器的低位即個位，不需要搭接任何反饋電路而直接運用74LS192芯片的減計數(shù)功能：時鐘脈沖接到down端，置數(shù)、清零端無效，即可以實現(xiàn)十進制的倒計時計數(shù)功能。而最低位的計數(shù)變化應當與時鐘脈沖的變化同步。所以，原則上應當將時鐘脈沖直接引到這片192計數(shù)器的減計數(shù)時鐘脈沖輸入端down。該計數(shù)器的高位即十位，與低位的計數(shù)進制不相同。由于時間的分和秒都是60進制，所以這里的計數(shù)芯片74LS192必須要接成六進制的計數(shù)器。這里，我選

12、用反饋置數(shù)的方法來實現(xiàn)這個功能。反饋方案一：考慮到74LS192芯片的置數(shù)端LOAD是異步置數(shù)，并且是低電平有效的，所以我根據(jù)74LS192芯片減計數(shù)的特點并綜合以上兩點特性，就將74LS192芯片的輸出端輸出9時，即僅QD和QA輸出為高電平（二進制數(shù)1001）。從這兩個引腳引出高電平信號，并通過與非門作用后形成低電平反饋信號，送入74LS192芯片的置數(shù)端LOAD使之實現(xiàn)置數(shù)動作。反饋方案二：直接從QD引出高電平信號，通過非門作用后形成低電平反饋信號，送入74LS192芯片的置數(shù)端LOAD使之實現(xiàn)置數(shù)動作。（由于方案二和方案一相比，功能相同，連線更為簡單和方便，本設計采用方案二。）置數(shù)時，輸

13、出的數(shù)是與輸入的數(shù)是一樣的，所以我設置的數(shù)是5（二進制0101），這樣，當計數(shù)器從0變到9時，由于進行了異步置數(shù)，9就在瞬間變成了5，計數(shù)輸出的結(jié)果就變?yōu)?543210，實現(xiàn)了六進制的功能。12分鐘倒計時分部分。也是運用兩片可逆計數(shù)器74LS192來構(gòu)成減計數(shù)器。在兩片計數(shù)器的連接上，與秒部分一樣。也是把低位的借位信號作為高位的時鐘脈沖進行連接。而低位計數(shù)器的時鐘脈沖則是用秒部分高位計數(shù)器的借位輸出信號來充當?shù)?。運用以上兩個計數(shù)器組合，就在低位計數(shù)器從0變到9或從0變到5的瞬間，在它的借位輸出端出現(xiàn)一個電平的上升脈沖沿，從而使高位的計數(shù)器倒倒計一個數(shù)。實現(xiàn)倒計時功能。12分鐘倒計時電路如下：一

14、、 譯碼器和顯示器的設計譯碼電路的功能是將“秒”、“分”計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應的數(shù)字。本次驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器，我們選用了CC4511.相應的，與LED七段共陰極顯示數(shù)碼管相互連接。二、 節(jié)次控制電路的設計節(jié)次控制電路圖： 將這四個D觸發(fā)器依次命名為D1、D2、D3、D4。四個D觸發(fā)器級連，前一個輸出送入下一個輸入，用一個共同的時鐘脈沖，形成同步動作。為了保證每次輸出只有一位是高電平，用個或門把Q2、Q3進行或運算后，送入或非門與Q1進行運算后送回D1。當電源剛接通、開關G沒有接地，整個計時系統(tǒng)沒有進行工作，Q1-Q4為低電平（0000狀態(tài)），D=1，四個LED都不亮。合上

15、G，接高電平，這樣，當G接通時就有了一個電平的上升沿跳變，Q1=D1=1；1000狀態(tài)，LED1亮，指示第一節(jié)比賽。電路進入循環(huán)狀態(tài)，倒計時電路重置一次，該電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換一次，實現(xiàn)節(jié)次自動指示。第三章、 總設計（總電路圖）簡要說明：右起第一個開關的作用是對12分鐘進行清零和置數(shù)。右起第二個開關是暫停、繼續(xù)開關。 右起第三個開關對24秒進行清零和置數(shù)。最左邊的開關是整個系統(tǒng)的啟動開關。第四章 安裝、調(diào)試步驟1、按照電路板的規(guī)格，設定好各集成芯片的排放位置、測試各芯片是否與面板接觸良好。2、用 D觸發(fā)器74LS74連接出節(jié)次控制模塊：a 測試74LS74，相應的門電路模塊74LS02、74LS32的

16、好壞。b 將兩片74LS74做成循環(huán)移位寄存器，測試其性能是否達到要求。3、用移位74LS194寄存器及相關的門電路做出警報提示模塊：a 測試74LS194和門電路的好壞。b 把74LS194的固定引腳接好。c 連接74LS194外部門電路組成的組合邏輯電路并測試其功能。d 進行整體連接并測試其功能。3、用異步可逆雙時鐘BCD計數(shù)器74LS192及相關門實現(xiàn)定時倒計時電路：a 測試74LS192和門電路的好壞。b 先連24秒倒計時模塊，并測試其性能是否達到要求c 加入相應門電路實現(xiàn)暫停和停止/復位功能。d 連接12分鐘倒計時模塊，并測試其性能是否達到要求。e 加入相應門電路實現(xiàn)暫停和停止/復位

17、功能。4、整體綜合連接，測試整體性能。第五章 性能測試和結(jié)果分析經(jīng)過測試，可實現(xiàn)的功能有：1、24秒和12分鐘同時置零和啟動，也可在暫停的狀態(tài)下對24秒單獨置零，并重新置數(shù)啟動。2、可以同時使兩個時鐘置零。3、當兩個時鐘中任意一個時鐘置零時，兩個時鐘都停止調(diào)動，并且LED燈亮。結(jié)果分析：時鐘模塊為減計數(shù)提供一個頻率為1Hz的脈沖信號，從而實現(xiàn)計數(shù)器計數(shù)間隔為1秒鐘；計數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達到能顯示減計數(shù)功能；報警模塊是為了實現(xiàn)當減計數(shù)到零時發(fā)出光電報警信號；控制模塊主要是為了實現(xiàn)計時器的啟動、直接清零和暫停/連續(xù)功能，其中在直接清零時，由外控制開關控制譯碼器消隱端，從而可以實現(xiàn)顯示譯碼器滅燈；通過暫停/連續(xù)開關從而實現(xiàn)斷點計時功能。至此，本設計能完成基本要求。第六章 附錄（元器件清單）元件名稱規(guī)格及作用數(shù)量74LS192