籃球24秒倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)

1、課題一、籃球競賽24秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)目錄一、設(shè)計(jì)要求二、總體參考方案三、單元電路設(shè)計(jì).秒脈沖發(fā)生器.計(jì)數(shù)器.譯碼顯示模塊.報(bào)警電路.控制電路四、附圖說明各部分功能的實(shí)現(xiàn).開始狀態(tài).啟動(dòng)、置數(shù)。.保持.到00時(shí)顯示器不滅.報(bào)警 五、整體電路圖 六、實(shí)驗(yàn)室調(diào)試1.元件清單2.調(diào)試過程 3.調(diào)試結(jié)果(照片)4.調(diào)試心得體會(huì)七、 參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)要求：1. 具有24秒計(jì)時(shí)功能。2. 設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能。3. 計(jì)時(shí)器為24秒遞減時(shí), 計(jì)時(shí)間隔為1秒。4. 計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，數(shù)碼顯示器顯示00,同時(shí)發(fā)光二極管亮燈。主要參考元件：555、74LS192×2、CD4511

2、15;2、數(shù)碼管×2、各類74系列門電路、電阻、電容、開關(guān)、發(fā)光二極管、NPN三極管、PNP三極管等。 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖2 PNP三極管驅(qū)動(dòng)電前 言電子課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是將理論知識(shí)和實(shí)踐能力相統(tǒng)一的一個(gè)環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的一個(gè)環(huán)節(jié)。 在許多領(lǐng)域中計(jì)時(shí)器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時(shí)報(bào)警器、游戲中的倒時(shí)器，交通信號(hào)燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機(jī)，還可以用來做為各種藥丸、藥片，膠囊在指定時(shí)間提醒用藥等等，由此可見計(jì)時(shí)器在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用是相當(dāng)普遍的。 在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時(shí)間不能超過24秒，否則就違例了。本課程設(shè)計(jì)“智能籃球比賽倒計(jì)

3、時(shí)器的設(shè)計(jì)”，可用于籃球比賽中，用于對(duì)球員持球時(shí)間24秒限制。一旦球員的持球時(shí)間超過了24秒，它自動(dòng)的報(bào)警從而判定此球員的違例。 本設(shè)計(jì)主要能完成：顯示24秒倒計(jì)時(shí)功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時(shí)，數(shù)碼管顯示器滅燈；計(jì)時(shí)器為24秒遞減計(jì)時(shí)其計(jì)時(shí)間隔為1秒；計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)等。 整個(gè)電路的設(shè)計(jì)借助于Multisim仿真軟件以及數(shù)字電路相關(guān)理論知識(shí)，并在Multisim下設(shè)計(jì)和進(jìn)行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。 1、總體設(shè)計(jì)思路、基本原理和框圖1.1設(shè)計(jì)思路 本課程設(shè)計(jì)是脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用，設(shè)計(jì)了籃球競賽

4、24秒計(jì)時(shí)器。此計(jì)時(shí)器功能齊全，可以直接清零、啟動(dòng)、暫停和連續(xù)以及具有光電報(bào)警功能，同時(shí)應(yīng)用了七段數(shù)碼管來顯示時(shí)間。此計(jì)時(shí)器有了啟動(dòng)、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)計(jì)時(shí)功能，當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，會(huì)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)完成的中途計(jì)時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)了在許多的特定場合進(jìn)行時(shí)間追蹤的功能，在社會(huì)生活中也具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。 籃球競賽記時(shí)系統(tǒng)的主要功能包括：進(jìn)攻方24秒倒計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)結(jié)束警報(bào)提示。攻方24秒倒計(jì)時(shí)，當(dāng)比賽準(zhǔn)備開始時(shí)，屏幕上顯示24秒字樣，當(dāng)比賽開始后，倒計(jì)時(shí)從24逐秒倒數(shù)到00。這一模塊主要是利用雙向計(jì)數(shù)器74LS192來實(shí)現(xiàn)；警報(bào)提示：當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)到零時(shí)，給出提示音。這部分電路主要通

5、過移位寄存器和一些門電路來實(shí)現(xiàn)。 此計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下3個(gè)組成，即計(jì)時(shí)模塊、控制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計(jì)此計(jì)時(shí)器時(shí)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)起來更加簡單、方便、快捷。此電路是一時(shí)鐘產(chǎn)生，觸發(fā)，倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，譯碼顯示、報(bào)警為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造主體電路和輔助電路兩個(gè)部分。1.2基本原理24秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如圖1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助時(shí)序控制電路（簡稱控制電路）等五個(gè)模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成24秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路

6、的顯示與滅燈、定時(shí)時(shí)間到報(bào)警等功能。 秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計(jì)對(duì)此信號(hào)要求并不太高，故電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。 譯碼顯示電路由CD4511和共陰極七段LED顯示器組成。報(bào)警電路在實(shí)驗(yàn)中可用發(fā)光二極管代替。 主體電路： 24秒倒計(jì)時(shí)。24秒計(jì)數(shù)芯片的置數(shù)端清零端共用一個(gè)開關(guān)，比賽開始后，24秒的置數(shù)端無效，24秒的倒數(shù)計(jì)時(shí)器的倒數(shù)計(jì)時(shí)器開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，逐秒倒計(jì)到零。選取“00”這個(gè)狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截?cái)嘈盘?hào)，讓該信號(hào)與時(shí)鐘脈沖在與門中將時(shí)鐘截?cái)?，使?jì)時(shí)器在計(jì)數(shù)到零時(shí)停住?？傮w電路說明： 倒計(jì)時(shí)功能主要是利用192計(jì)數(shù)

7、芯片來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)利用反饋和置數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)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，到計(jì)時(shí)器到零時(shí)，通過停止控制電路使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并使報(bào)警電路的LED燈亮。2、 單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）2、1各芯片的用法和功能2.1.1 CD4511顯示譯碼器CD4511引腳圖及功能 CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管） 顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下： 具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。其功能介紹如下：BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消

8、隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 LT：3腳是測試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。真值表如圖：2.1.2 555定時(shí)器 555定時(shí)器應(yīng)用為多諧振蕩電路時(shí)，當(dāng)電源接通Vcc通過電阻R1.R2向電容C充電，

9、其上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)u上升至2/3Vcc，會(huì)使比較器C1輸出翻轉(zhuǎn)，輸出電壓為零，同時(shí)放電管T導(dǎo)通，電容C通過R2放電；當(dāng)電容電壓下降到1/3Vcc，比較器C2工作輸出電壓變?yōu)楦唠娖?，C放電終止，Vcc通過R1。R2又開始充電；周而復(fù)始，形成振蕩。則其振蕩周期與充放電時(shí)間有關(guān)，也就是與外接元件有關(guān)，不受電源電壓變化影響。輸出波形的振蕩周期可用過渡過程公式計(jì)算： 、當(dāng)時(shí)， 把代入三要素方程。于是可解出: 、 當(dāng)時(shí)，代入公式,于是可解出：振蕩周期 T于是為了產(chǎn)生周期為1秒的脈沖，可以求出：、用555定時(shí)器來產(chǎn)生多諧振蕩電路如圖所示：2.1.3 74LS19274LS192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具有“

10、異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進(jìn)位和借位輸出端。當(dāng)需要進(jìn)行多級(jí)擴(kuò)展連接時(shí)，只要將前級(jí)的端接到下一級(jí)的CP+端，端接到下一級(jí)的CP-端即可。74LS192功能表：操作×××1清零××00置數(shù)110加計(jì)數(shù)110減計(jì)數(shù)1110保持2.2 單元模塊2.2.1 信號(hào)發(fā)生部分秒脈沖的產(chǎn)生由555定時(shí)器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所示。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，555定時(shí)器產(chǎn)生周期為1s的脈沖；當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電路不能輸出信號(hào)，于是沒有脈沖輸入74LS192中，故74LS192在保持狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)暫停功能。圖2 信號(hào)發(fā)生電路2.2.2 倒計(jì)時(shí)部分24秒倒計(jì)時(shí)電

11、路。這部分電路的主體部分在時(shí)鐘脈沖的輸入情況下工作，下面進(jìn)行具體分析。計(jì)數(shù)器的倒計(jì)時(shí)功能。用兩片74LS192分別做個(gè)位（低位）和十位（高位）的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開始時(shí)的“24”倒計(jì)到“00”然后停止，所以，這里的高位不需要做成六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。因?yàn)轭A(yù)置的數(shù)是“00”，所以我選信號(hào)輸入端控制。時(shí)鐘脈沖與輸出信號(hào)的或然后通過一個(gè)非門才再輸進(jìn)個(gè)位（低位）的down端，當(dāng)停止控制電路送來停止信號(hào)時(shí)，截?cái)鄷r(shí)鐘脈沖，從而實(shí)現(xiàn)電路的停止功能。低位的借位輸出信號(hào)用作高位的時(shí)鐘脈沖。兩片計(jì)數(shù)器具體接法。Vcc、UP接+5V電源，GND接地；時(shí)鐘脈沖從與門輸出后接到低位的down，然后從低位BO接

12、到高位的down；輸入端低位C、高位B接電源，其他引腳和CLR都接地。LOAD接到開關(guān)C的活動(dòng)端，C 的另外兩引腳分別接G的活動(dòng)端和地。而G的另外兩個(gè)引腳分別接到電源和地。圖3 24秒倒計(jì)時(shí)電路2.2.3 停止控制電路倒數(shù)計(jì)數(shù)器到零時(shí)，需要將電路轉(zhuǎn)換到“00”并且停住?，F(xiàn)在選取計(jì)數(shù)器到零的狀態(tài)24秒計(jì)到“00”，從各引腳引出線接到二腳或門。再通過或門所組成的觸發(fā)器的輸出端輸出低電平，使74LS192處于保持狀態(tài)。這樣就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換并停止的電路。當(dāng)輸出端不全為零時(shí)通過或門輸出為高電平。當(dāng)?shù)?0時(shí)輸出低電平，再通過一個(gè)非門與脈沖通過或門這樣，這樣一直輸入高電平，保持00不變。圖4 停止控制電路 2.

13、2.4 警報(bào)提示裝置警報(bào)提示就是完成任一計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)給出一個(gè)提示信號(hào)。當(dāng)電路計(jì)到“00”時(shí)，下面一個(gè)與非門輸出低電平，而LED1的正極已經(jīng)接了高電平，故這時(shí)由于兩端存在電壓差，所以LED1均能正常工作。從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 圖5 警報(bào)提示電路3.總設(shè)計(jì)（總電路圖）圖6 電路總原理圖由555定時(shí)器輸出秒脈沖經(jīng)過R30輸入到計(jì)數(shù)器IC4的CD端，作為減計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)到0時(shí)，IC4的(13)腳輸出借位脈沖使十位計(jì)數(shù)器IC3開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“00”時(shí)并且保持該狀態(tài)。同時(shí)LED發(fā)光二極管亮，即聲光報(bào)警。按下空格時(shí)，Rs觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)11腳輸出高電平，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。若需要暫停時(shí)，按

14、下A，振蕩器停止振蕩，使計(jì)數(shù)器保持不變，斷開B后，計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。(1)空格：手動(dòng)復(fù)位按鈕。當(dāng)按下空格時(shí)，不管計(jì)數(shù)器工作于什么狀態(tài)，計(jì)數(shù)器立即復(fù)位到預(yù)置數(shù)值，即“24”。當(dāng)松開空格時(shí)，計(jì)數(shù)器從24開始計(jì)數(shù)。(2)A：暫停按鈕。當(dāng)“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于“暫?！睍r(shí)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，顯示器保持不變，當(dāng)此開關(guān)處于“連續(xù)”開關(guān)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。(3)Q1：啟動(dòng)按鈕。Q1處于斷開位置時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí)，控制電路發(fā)出光報(bào)警信號(hào)，計(jì)數(shù)器保持"00"狀態(tài)不變，處于等待狀態(tài)。4、安裝、調(diào)試步驟4.1、按照萬能板的規(guī)格，設(shè)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。4.2

15、、用異步可逆雙時(shí)鐘BCD計(jì)數(shù)器74LS192及相關(guān)門實(shí)現(xiàn)定時(shí)倒計(jì)時(shí)電路。4.3、當(dāng)檢測出問題后分析其原因，是元器件本身原因還是接線錯(cuò)誤，更換元件或重新正確接線，保證電路的正確運(yùn)行。4.4、整體綜合連接，測試整體性能。5、故障分析與電路改進(jìn)5.1 故障分析和解決在實(shí)際連線過程中，出現(xiàn)故障幾乎是不可避免的。其中接線錯(cuò)誤就是第一個(gè)一個(gè)難以避免的困難。另外一個(gè)讓人頭疼的原因是實(shí)驗(yàn)板與芯片接觸不良，導(dǎo)致形成軟型故障，難以準(zhǔn)確找出故障點(diǎn)。最后，我個(gè)人認(rèn)為還有一個(gè)細(xì)節(jié)也不能忽視，就是實(shí)物圖和電腦仿真上的芯片接法并不完全一樣，電腦仿真上的芯片許多管腳已經(jīng)默認(rèn)接地或接電源了，這些我們在實(shí)物圖上就必須實(shí)際地接上，

16、否則就會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)果。在查找故障時(shí)，首先要有耐心和細(xì)心。同時(shí)要開動(dòng)腦筋，進(jìn)行認(rèn)真的分析和判斷。在不通電的情況下，通過目測，對(duì)照電路原理圖和裝配圖，檢查每一塊片是否正確，極性有無接反，管腳有無損壞，連線有無接錯(cuò)（包括漏錯(cuò)線、短路和）通電后，通過類比法，高低電平比較法等方法逐一找出故障點(diǎn)。5.2 電路改進(jìn) 盡管用本電路圖所焊接出來的電路板能實(shí)現(xiàn)功能，而且電路也很穩(wěn)定。這也是對(duì)本電路的肯定。實(shí)際的電路改進(jìn)：可以先在兩個(gè)74LS192的輸出端接上接二個(gè)四輸入端與非門。并且接到觸發(fā)器的輸入端，這樣能實(shí)現(xiàn)當(dāng)數(shù)碼管顯示到“00”時(shí)，LED發(fā)光且鳴蜂器發(fā)出聲音，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。但是，這樣的代價(jià)就是使電路更加的

17、復(fù)雜，所帶來的工作量也隨之增大。6、總 結(jié)在此次課程設(shè)計(jì)中，我們將課本理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來。按照書本上的知識(shí)和老師講授的方法，首先和同學(xué)一起分析研究此次電路設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，然后按照分析的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際連接操作，檢測和校正，再進(jìn)一步完善電路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，還有出現(xiàn)的一些未知問題，我們都認(rèn)真分析討論，然后對(duì)討論出的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際檢測校正，對(duì)一些疑難問題我們也認(rèn)真向老師詢問請教，和老師一起探討解決。通過此次電路設(shè)計(jì)，我們加深了對(duì)課本知識(shí)的認(rèn)識(shí)理解，對(duì)電路設(shè)計(jì)方法和實(shí)際電路連接也有了一定的初步認(rèn)識(shí)。7、心得體會(huì)1在本次課程設(shè)計(jì)中，我對(duì)74LS192、NE555、CD4511等芯片加

18、深了了解，和鞏固了對(duì)它們的使用，對(duì)于數(shù)字、模擬電路的綜合運(yùn)用有了更深一步理解，為以后的電路分析和設(shè)計(jì)奠定了一定的基礎(chǔ)。2. 提高實(shí)踐動(dòng)手能力。大學(xué)中許多的時(shí)間都是在學(xué)習(xí)理論知識(shí)，很少參與時(shí)間中去，課程設(shè)計(jì)給我們提供了一個(gè)寶貴的機(jī)會(huì)，理論用語實(shí)踐，從設(shè)計(jì)，仿真，安裝調(diào)試，沒一步的進(jìn)行，都會(huì)帶來受益非淺的實(shí)際操作訓(xùn)練，許多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是我們在課本上學(xué)不到的，必須經(jīng)過這樣嚴(yán)格的自己動(dòng)手，才會(huì)從中體會(huì)出設(shè)計(jì)成果的喜悅。理論知識(shí)總是要用于實(shí)踐中才得以升華，我們應(yīng)該更多的參與實(shí)踐，以增強(qiáng)我們對(duì)電子專業(yè)的興趣。同時(shí)，從開發(fā)設(shè)計(jì)一些小規(guī)模產(chǎn)品去體會(huì)學(xué)習(xí)開發(fā)設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路，為以后的工作打下基礎(chǔ)。3.另外，我對(duì)焊接技術(shù)有了新的見解，我的焊接技術(shù)有了新的提高 。4課程設(shè)計(jì)促進(jìn)了我系人才培養(yǎng)計(jì)劃的完善和課程設(shè)置的調(diào)整。近年來，我系為適應(yīng)學(xué)生的實(shí)踐需要陸續(xù)增設(shè)與調(diào)整了一系列課程，受到同學(xué)的歡迎，其中這次的設(shè)計(jì)很受同學(xué)們的喜歡。課程設(shè)計(jì)達(dá)到了專業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)之后，我們普遍感到不僅實(shí)際動(dòng)手能力有所提高，更重要的是通過對(duì)電路板制作流程的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我們對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣，并能夠結(jié)合實(shí)際存在的問題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更