籃球秒計數(shù)器

1、鄭州科技學院數(shù)字電子技術課程設計題 目 籃球24秒計時器 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 院 （系） 指導教師 完成時間 目 錄摘 要1第1章 設計任務及基本要求.21.1設計任務21.2基本要求2第2章 電路框圖及工作原理22.1電路框圖22.2 設計方案3第3章各單元電路的設計33.1 24進制計數(shù)器的設計33.2數(shù)碼顯示電路的設計43.3秒脈沖的設計63.4各控制開關的設計73.5報警電路的設計93.6整機工作原理9第4章 電路仿真10第5章5硬件的制作與調(diào)試.,115.1電烙鐵的使用.115.2調(diào)試方法.125.3調(diào)試結果.125.4調(diào)試中故障及解決辦法.13結論15參考文獻16附錄一 籃

2、球競賽24秒計時器總電路原理圖17附錄二 原器件清單表181摘要數(shù)字電子課程設計是電子技術學習中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論知識與實踐能力相結合的重要環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學生能力的環(huán)節(jié)。為今后進行復雜的綜合型電子系統(tǒng)的設計和調(diào)試打下基礎。 在許多領域中計時器均得到普遍應用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機，還可以用來做為各種藥丸、藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會的應用是相當普遍的。 本設計主要能完成：電路具有24秒時間顯示功能；系統(tǒng)設置外部操作開關，控制計時器的置數(shù)、啟動/連續(xù)和暫停功能；計數(shù)過程中，無論處于何種狀態(tài)，

3、當按下置數(shù)鍵時，計數(shù)重新開始；計時器為遞減計時，其計時間隔為1秒；當計時器遞減計時到零時，顯示器顯示00，同時發(fā)出CP同步閃爍報警信號等。整個電路的設計借助于Mulitism仿真軟件以及數(shù)字電路相關理論知識，得到了預期的結果。關鍵詞：24秒計數(shù) 報警 清零 暫停1設計任務及要求 1.1設計任務本設計主要能完成：在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過24秒，否則就犯規(guī)了。本課程設計的“籃球24秒計時器”可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間24秒限制。一旦球員的持球時間超過了24秒，它就自動報警從而判定此球員的犯規(guī)。1.2基本要求 1 電路具有時間顯示功能；2 要求電路為24秒遞減計時，每隔1

4、秒鐘，計時器減1；3 要有外部開關，控制計數(shù)器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)計時功能；4 當計時器倒計時為零時，即定時時間倒，顯示為零，同時發(fā)出光信號報警。5 嚴格按照課程設計說明書要求撰寫課程設計說明書。2 電路框圖及工作原理2.1電路框圖24秒計時器的總體參考方案框圖如圖2-1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路等五個模塊組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計數(shù)器完成24秒計時功能.而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù);譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到啟動報警等功能。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標準，但是設

5、計對此信號要求并不太高，故電路可采用555集成電路組成的多諧振蕩器構成。譯碼顯示電路由74LS48D(譯碼器)和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在試驗中可用發(fā)光二極管組成。秒脈沖發(fā)生器計數(shù)器譯碼顯示控制電路報警電路外部操作開關圖2-1 24秒計時器系統(tǒng)設計框圖2.2設計方案本設計中， 24進制計數(shù)器是整個電路的核心部分，我們選擇74LS192進行24進制同步減法計數(shù)。同時選擇74LS48作為BCD碼譯碼器來對7段數(shù)碼顯示管進行譯碼驅動，選擇兩個七段數(shù)碼顯示管進行顯示。根據(jù)設計要求，本課程設計采用555計時器制成的多諧振蕩器，對24進制計數(shù)器進行秒脈沖的輸入。在本設計中，因為我們需要對其進行

6、暫停、清零、報警等控制，所以我們使用了三個開關來控制計數(shù)器的各功能的實現(xiàn)，同時為了實現(xiàn)LED燈的正常報警，我們同時選用555計時器實現(xiàn)高頻率脈沖輸入。從而實現(xiàn)了各種功能的。3 單元電路的設計 3.1 24進制計數(shù)器的設計根據(jù)設計要求，本設計需要實現(xiàn)24進制遞減功能，所以本設計采用十進制同步減法計數(shù)，因此使用2片74LS192集成芯片來實現(xiàn)計數(shù)功能。十進制可逆計數(shù)器74LS192引腳排列及邏輯符號如圖3-1-1（a）、（b）所示，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能。圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，為清除端

7、，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下圖3-1-2所示：（a）引腳排列 (b) 邏輯符號圖3-1-1 74LS192的引腳排列及邏輯符號              輸入     輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01× × ×××××00000 0× ×dcbadcba0 

8、11××××加計數(shù)0 1 1××××減計數(shù) 圖3-1-2 74LS192的功能表在本次設計中，因為我們要實現(xiàn)24進制計數(shù)功能，所以我們首先應該對計數(shù)器進行置數(shù)，由于（24）10=（00100100）8421BCD所以要先對74LS192D兩芯片進行置數(shù)，令第一塊集成塊的置數(shù)端Q3Q2Q1Q0=0010，令第二塊的為Q3Q2Q1Q0=0100。把 第二塊芯片的借位端 與第一塊芯片的脈沖輸入端相連，從而進行實現(xiàn)借位功能。3.2 數(shù)碼顯示電路的設計在本設計中，根據(jù)設計的要求，我使用74LS4

9、8D譯碼器來驅動共陰極數(shù)碼顯示管， 74LS48D芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅動器，常用在各種數(shù)字電路和系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中，下面是74LS48D芯片的一些參數(shù)與應用技術等資料。74LS48D的引腳圖和功能表分別如圖3-2-1。圖3-2-1 <74LS48D引腳圖>表3-2-2 74LS48的功能表輸入輸出字形數(shù)字LTRBID C B ABI/RBOa b c d e f g012345678911111111111XXXXXXXXX0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11111

10、1111111 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10123456789消隱脈沖消隱燈測試X10X0XXXXX0 0 0 0XXXX0010 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 18七短數(shù)碼顯示管的引腳圖如圖3-2-3所示，其中3腳和8腳相連為公共端，在電路中接地，6腳為小數(shù)點引腳，設計中不需要對其處理。圖3-2-3七短數(shù)碼顯示管的引腳圖3.

11、3 秒脈沖的設計根據(jù)設計要求，本電路需要產(chǎn)生間隔為一秒的時間脈沖，完成正確的計數(shù)功能。所以選擇555定時器來設計此模塊。從而產(chǎn)生標準的秒脈沖。1器件特性555定時器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結構，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個適當?shù)淖枞菰涂梢詷嫵墒访芴赜|發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號產(chǎn)生與變換電路。2自激多諧振蕩器圖3-3-1所示為自激多諧振蕩器電路和波形圖。自激多諧振蕩器用于產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號。電路采用電阻、電容組成RC定時電路，用于設定脈沖的周期和寬度。調(diào)節(jié)RW或電容C，可得到不同的時間常數(shù)；還可產(chǎn)生周期和脈寬可變的方波輸出。脈沖寬度計算公式：

12、Tw1=0.7 (R1 +R2) C Tw2=0.7R2 C振蕩周期計算公式：T=0.7 (R1 +2R2) C1s圖3-3-1分析方法與單穩(wěn)態(tài)電路相似，但電容器C的充電電阻是R1 +R2 ，放電電阻是R2 。當VC是低電平時，555定時器低觸發(fā)，VO為高電平，放電管T截止，電容器經(jīng)（R1 +R2）充電，當充電至VC=VTH>VCC時，電路高觸發(fā)，輸出VO變?yōu)榈碗娖?，放電管T導通，電容器經(jīng)R2放電，當放電至VC=VTR<VCC時，電路又進入低觸發(fā)，VO變?yōu)楦唠娖剑绱酥芏鴱褪?，循環(huán)不止，輸出連續(xù)脈沖信號。3.4 控制開關電路的設計在本次設計中，由于設計的要求，要實現(xiàn)計數(shù)器的暫停、復

13、位和啟動控制，所以需要設計三個開關來控制電路.暫停電路的設計 對于暫停連續(xù)開關，可以通過控制時鐘脈沖的輸入來達到暫停功能的控制，設計一個單刀雙擲開關，一端接地，將之連接到一個三輸入與門。 ：與單刀雙擲開關相連 ：與第二片74LS192D的TCD端相連 :與555脈沖器相連清零電路的設計清零電路只需將兩塊芯片的MR端連接起來并接上一個開關即可。置數(shù)電路的設計 置數(shù)電路只需將兩塊芯片的PL端連接起來并接上一個開關即可。防抖動電路的設計 實際使用時開關會有抖動現(xiàn)象，所以我用基本RS觸發(fā)器來設計暫停開關相連，用來消除抖動。基本RS觸發(fā)器如圖2.3.9為由兩個與非門交叉耦合構成的基本RS觸發(fā)器，它是無時

14、鐘控制低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器?；綬S觸發(fā)器具有置“0”、置“1”和保持三種功能。通常稱為置“1”端，因為 =0時觸發(fā)器被置“1”；為置“0”端，因為=0時觸發(fā)器被置“0”。當=1時狀態(tài)保持，當=0時為不定狀態(tài)，應當避免這種狀態(tài)。 圖3-4-2 二與非門組成的基本RS觸發(fā)器（a）邏輯圖 (b) 邏輯符號基本RS觸發(fā)器的邏輯符號見圖3-4-2 (b)，二輸入端的邊框外側都畫有小圓圈，這是因為置1與置0都是低電平有效。輸入74LS192D的時鐘脈沖由下圖2.3.10所示電路輸出接到74LS192D的CPD腳。還有一端輸入由借位信號輸入。3.5 報警電路的設計根據(jù)實驗設計要求，我設計了光報警的方式，

15、只有當計時器的輸出端都為0的時候，報警電路的輸出才為1，會驅動LED燈發(fā)生報警。電路圖如下所示。3.6整機工作原理籃球競賽24秒計時器主要是由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報警電路組成?？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。SW1閉合，74LS192被置數(shù)，顯示電路出現(xiàn)數(shù)字24。完成置數(shù)后斷開SW1，啟動計時。若此時秒脈沖電路的SW3為斷開，則產(chǎn)生連續(xù)秒脈信號輸入到計數(shù)器，數(shù)碼管上的數(shù)字就會自動減1，閉合SW3，秒脈沖暫停，計數(shù)遞減暫停，斷開SW3又恢復計數(shù)遞減，這就實現(xiàn)了暫停/連續(xù)功能。在計數(shù)遞減的同時，74LS192D的8個輸出端也隨之產(chǎn)

16、生高低電平變化來控制報警電路5個或門的高低電平的變化。由附錄1可見，5個或門的排列必須當74LS192D的8個輸出全為低電平時，換而言之，就是計數(shù)到零時，或門最后一個輸出的才是低電平，從而觸發(fā)發(fā)光，產(chǎn)生亮光，達到了光電報警的。4 電路仿真本次設計采用的是Multisim軟件仿真，它是一種功能強大的電子設計自動化軟件，提供智能原理圖設計功能?，F(xiàn)在我們用Multisim進行仿真，仿真結果如下1. 計時預備階段如圖2.計時階段如圖5硬件的制作與調(diào)試由于電子電路設計要考慮很多因素，加之元器件性能的分散，以及許多人為因素的影響，一個組裝好的電子電路不可能不經(jīng)過調(diào)試即可滿足要求。任何電子電路都必須經(jīng)過認真

17、細致的調(diào)試，才能獲得滿意的性能要求。在這個過程中用的最重要的儀器就是萬用表和電源。5.1電烙鐵的使用 1、焊接的注意事項良好的焊接是實驗成功的重要保證；反過來說，焊接不良，往往會使實驗失敗，甚至損毀元器件。雖然焊接技術并不復雜，但如果認為它操作簡單而掉以輕心，也會造成種種不良后果。所以應注意以下幾點： （1）電烙鐵焊接電壓比較器的時候，一定要等電烙鐵加熱后，拔掉電源插頭，用電烙鐵的余熱焊。否則，溫度過高的焊接，會燙壞。 （2）焊接蜂鳴器、發(fā)光二極管的時候，一定要將連接電源正、負極的導線分別焊接在揚聲器標有“”、“”符號的一端。 （3）烙鐵使用日久后，烙鐵頭容易被“燒死”，即在表面出現(xiàn)一層黑色氧

18、化物，而且變得凹凸不平?！盁馈钡睦予F頭很難熔化和沾取焊錫，需用銼刀將它重新挫亮。盡量使用市場上出售的空心焊錫絲，它是將焊錫做成直徑24毫米的細管狀，在管內(nèi)裝進松香粉。使用這種焊錫絲，能保護烙鐵頭不易被“燒死”。 （4）使用電烙鐵一定要注意安全，使用前用萬用表測一下電烙鐵電源插頭兩端的電阻是否為正常值。正常時20瓦烙鐵的電阻約2000歐，45瓦的為1000歐，75瓦的為600歐，100瓦的約500歐。電源插頭與電烙鐵外殼、烙鐵頭之間的電阻應接近無窮大，否則說明這把電烙鐵漏電，不能使用。 2、電路的連接在連接電路的時候，要嚴格按照電路圖連接電路，也要注意烙鐵與電路板接觸的時間，不要燒壞電路板。并

19、在聯(lián)好電路以后進行測量。即使發(fā)現(xiàn)問題與改正。5.2調(diào)試方法電子電路調(diào)試方法有兩種：分塊調(diào)試和整體調(diào)試（1）分塊調(diào)試法分塊調(diào)試是把總體電路按功能分成幾個模塊，對每個模塊分別進行調(diào)試。模塊調(diào)試的順序最好按信號的流向，一塊一塊進行，逐步擴大調(diào)試范圍，最后完成總調(diào)。實施分塊調(diào)試有兩種方法一種邊安裝邊調(diào)試；另一種是總體電路一次組裝完畢后再分塊調(diào)試。分塊調(diào)試的優(yōu)點：問題出現(xiàn)范圍小，可及時發(fā)現(xiàn)，易于解決。（2）整體調(diào)試此種方法是把整個電路組裝完畢后，不進行分塊調(diào)試，實行一次性總調(diào)。5.3調(diào)試步驟（1）檢查電路對照電路圖認真檢查電路，首先查看電源是否接錯或與地短接，然后檢查各芯片是否安裝牢固，最后對照電路圖認

20、真查看各芯片的管腳是否接錯、漏接或出現(xiàn)多接線的現(xiàn)象。（2）接通電源觀察在檢查電路無誤后，接通電源，如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象立即關閉電源，觀察各個單元電路是否能夠正常工作，找出出錯的單元電路，如果有錯，則用萬用表對各個電路逐個檢查，直至查出錯誤，并加以改正。（3）對各個功能電路的檢測閉合工作開關，觀察顯示結果是否正確，如果存在問題繼續(xù)調(diào)試。調(diào)試結束后觀察調(diào)試后的結果是否符合設計要求。5.3調(diào)試結果接通電源后，第一次的調(diào)試的結果是，置數(shù)不是24并且不能計數(shù)。我們根據(jù)可以正常工作的部分來進行分析，一步一步的檢查，分析哪部分的設計是沒有問題的，然后根據(jù)出問題的部分再進行分析，然后繼續(xù)調(diào)試，最終得到了正確的電路

21、。最后調(diào)試到各部分電路。5.4調(diào)試中故障及解決辦法由于電路中的芯片、插線、面包板的質量、接觸等都存在一定的問題，故調(diào)試中出現(xiàn)問題是不可避免的。在調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)低位數(shù)碼管不能置數(shù)，并且不能計數(shù)，置數(shù)為36，逐個單元電路檢查線路后發(fā)現(xiàn)弄反了高低輸入端，改正后發(fā)現(xiàn)并不能計數(shù)，經(jīng)過線路檢查并沒有發(fā)現(xiàn)線路有問題，查找資料后發(fā)現(xiàn)電路中所用的74LS00D三輸入與非門,必須要接一個上拉電阻，接上一個適當?shù)碾娐泛箅娐纺軌蛘９ぷ?，并且能實現(xiàn)電路所要求的所有功能。經(jīng)過檢測電路出現(xiàn)了一點故障，但是經(jīng)過耐心檢查，電路能實現(xiàn)所要求所有功能，實驗比較成功。 調(diào)試后的結果如圖所示 結 論一周緊張的課程設計就這樣結束了

22、，在這一周緊張的時間里我自己動手制作了一個應用比較廣泛的電子產(chǎn)品-藍球24秒計時器。在這一周里我們從搜集資料到完成實作一直都處于興奮狀態(tài)，其中我們也遇到了一些難題。比如仿真過程中我們開始一直不能仿真成功通過老師的指導我們才完成仿真，在實際焊接中由于操作的原因我們把集成芯片燒壞，從中我也學習到了很多東西。 這次課程設計使我有了一次通過理論聯(lián)系實際，來解決實際問題的經(jīng)歷，它培養(yǎng)了自己分析問題，解決問題的能力，以及上網(wǎng)檢索信息的能力。其實學到的知識其實是次要的，重要的是我們探索知識的過程，這個過程便是一個人自主學習能力的體現(xiàn)，它將影響著我今后的發(fā)展。 這次的課程設計也激發(fā)了我對電子設計的興趣。曾經(jīng)我對我們信息工程專業(yè)是一片迷茫，但是通過這次課程設計，通過親自制作電子小作品以及寫總結報告時在網(wǎng)上看到的各種各樣有關電子方面的小文章，我似乎隱約了解了一些電子專業(yè)的未來的發(fā)展方向。這種感悟，這種興趣的來源只靠平時上課老師的說教是肯定不可能領悟到的。 總之在這一周的設計到完成作品有苦有累，但我們堅持下來了并且從中學習到了很多在課本上和課堂上學習不到的東西。此次數(shù)字電子課程設計也增強了我們實際動手能力，我感覺這次課程設計很成功。這是我大學期間的第一次課程設計