籃球24秒倒計時器

1、湖南工業(yè)大學課程設計資料袋電氣與信息工程 學院（系、部） 20162017 學年第 1 學期課程名稱電子技術課程設計 指導教師黃卓冕 職稱 講師學生姓名謝富專業(yè)班級電氣工程1401 學號題 目籃球比賽24秒計時器設計成 績 起止日期 2016 年11月14 日2016 年11月18日目 錄清單序號材料名稱資料數(shù)量備注1課程設計任務書2課程設計說明書3課程設計圖紙張4總計資料56湖南工業(yè)大學課程設計任務書2016年 2017學年第1學期電氣與信息工程學院(系、部)電氣工程專業(yè)1401 班級課程名稱：電子技術課程設計設計題目： 籃球比賽24秒計時器設計完成期限：自 2成6年11 月14 日至201

2、6年11月18日共1 周內(nèi) 容 及 任 務一、籃球比賽24秒計時器(1)設計指標1、具有24秒計時功能；2、設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；3、在直接清零時，要求數(shù)碼顯示器滅燈；4、計時器為24秒遞減時，計時間隔為1秒；5、計時器遞減到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時發(fā)出光電報警信號；6、將24秒遞減計時器改為 24秒遞增計時器，試問電路要作哪些相應的改動。(2)設計要求1、畫出電路原理圖(或仿真電路圖)；2、元器件及參數(shù)選擇；3、列出實驗數(shù)據(jù)和時序波形；4、電路仿真與調(diào)試(用 EW瞅件)。(3)編寫設計報告寫出設計的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。二、設計

3、工作量電子鐘電路設計說明書一份；電子鐘電路原理圖一份；籃球比賽24秒計時器設計說明書一份；籃球比賽24秒計時器原理圖一份；進 度起止日期工作內(nèi)容講授設計的一般步驟和方法、設計的要求、布置設計題目。安學生進行設計排學生修改、打印設計報告主 要 參 考 資 料1康華光電子技術基礎模擬部分（第五版）高等教育出版社 2007 年2歐偉明.實用數(shù)字電子技術.北京：電子工業(yè)出版社，20123陸應華.電子系統(tǒng)設計教程.北京：國防工業(yè)出版社，20054李忠波等.電子技術仿真與實踐.北京：機械工業(yè)出版社，2004指導教師（簽字）：系（教研室）主任（簽字）：電子技術課程設計設計說明書籃球比賽24秒計時器設十起止日

4、期： 2016 年11月工工日 至2016 年11月18日學生 姓 名 謝富班級電氣工程1401學號成績指導教師（簽字）電氣與信息工程學院（部）籃球比賽24秒計時器設計設計目的及要求一、設計要求（1）設計指標1、具有24秒計時功能。2、設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能。3、在直接清零時，要求數(shù)碼顯示器滅燈。4、計時器為24秒遞減時，計時間隔為1秒。5、計時器遞減到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時發(fā)出光電報警信號。6、將24秒遞減計時器改為24秒遞增計時器，試問電路要作哪些相應的改動。它包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時序控制電路（簡稱控制電路）和報警電路等

5、五個部分組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成24秒計時功能，而控制電路是控制計時器的直接清零、啟動計數(shù)和暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈等功能。為保證系統(tǒng)的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號之間的時序關系：1 .操作直接清零開關時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。2 .當啟動開關閉合時，控制電路應封鎖時鐘信號CP （秒脈沖信號），同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，數(shù)碼顯示器顯示24秒字樣；當啟動開關斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)。3 .當暫停/連續(xù)開關閉合時，控制電路封鎖時鐘信號CP計數(shù)器處于鎖存狀態(tài)；當暫停 /連續(xù)開關斷開時，計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。（ 2 ）設計要求1、畫出

6、電路原理圖（或仿真電路圖） ；2、元器件及參數(shù)選擇；3、列出實驗數(shù)據(jù)和時序波形。4、電路仿真與調(diào)試（用EW歐件）；設計任務一、計時器概述1、計時器的特點及應用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。在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過24 秒，否則就違例了。本課程設計“智能籃球比賽倒計時器的設計”，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，它自動的報

7、警從而判定此球員的違 例。二、電路設計原理及單元模塊1 、設計原理24 秒計時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、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路（簡稱控制電路）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，但本設計對此信號要求并不太高，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 74LS48 和 共 陰 極 七

8、 段 LED 顯 示 器 組 成 。 報 警 電 路 在 實 驗 中 可 用 發(fā) 光 二 極 管 代 替。24 秒的置數(shù)端無效， 24 秒的倒數(shù)主體電路： 24 秒倒計時。 24 秒計數(shù)芯片的置數(shù)端清零端共用一個開關，比賽開始后，計時器的倒數(shù)計時器開始進行倒計時，逐秒倒計到零。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信號通過一個與門將時鐘截斷，使計時器在計數(shù)到零時停住。2、設計方案圖1、電路框圖總體電路說明：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，到計時器到零時，通過停止控制電路

9、使計數(shù)器停止計數(shù)并發(fā)出蜂鳴警報。3、單元模塊、所用各個芯片功能、555定時器555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555定時器的內(nèi)部電路框圖如右圖所示。圖2、555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS觸發(fā)器，一個放電管 T及功率輸出級。它提供兩個基準電壓 VCC /3 和 2VCC /3555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當5腳

10、懸空時，則電壓比較器 C1的反相輸入端的電壓為 2VCC /3 , C2的同相輸入端的電壓為 VCC /3。若觸發(fā)輸 入端TR的電壓小于VCC /3,則比較器C2的輸出為0 ,可使RS觸發(fā)器置1 ,使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端 TH的電 壓大于2VCC/3,同時TR端的電壓大于VCC /3,則C1的輸出為0, C2的輸出為1 ,可將RS觸發(fā)器置0,使輸出為低電 平。表6 1 555定時器的功能表清 高觸發(fā) 低觸發(fā)Q放電管T 功能零端 端TH端TR0XX0 導通直接清零101保持上一x狀態(tài)保持上一狀態(tài)1101截止置11001截止置11110 導通清零表1 555定時器的功能表、74LS48

11、7448是7段顯示譯碼器，輸出高電平有效的譯碼器。工作電壓為 5V,用于驅(qū)動共陰極數(shù)碼管，7448除了有實現(xiàn)8段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）,以及 既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。功能或數(shù)字輸入 輸出 顯示字形a b c d e f g滅燈XXXXXX00000000滅燈試燈0XXXXX111111118動態(tài)滅燈10000000000000滅燈011000011111110011X000110110000121X001011101101231X001111111001

12、341X010010110011451X010111011011561X011010011111671X011111110000781X100011111111891X1001111110119101X101010001101無效輸出111X101110011001121X110010100011131X110111001011141X111110001111151X111110000000表2、74LS48功能表、74LS19274LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：PG P1、P2、P3為計數(shù)器輸圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)

13、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, 入端，為清除端，Q。Q1、Q2 Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下：、數(shù)碼管數(shù)碼管也稱LED數(shù)碼管，晶美、光電、不 同行業(yè)人士對數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實 都是同樣的產(chǎn)品。操作XXX1清零XX00置數(shù)T110加計數(shù)1T10減計數(shù)1110保持數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元，也就是多一個小數(shù)點（DP）這個小數(shù)點可以更精確的表示數(shù)碼管想要顯示的內(nèi)容；按能顯示多少個（8）可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指

14、將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM）的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM®到+5V,當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM附數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM1到地線GNDk,當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。LED數(shù)碼管引腳定義、各單元電路、秒脈沖發(fā)生電路秒脈沖的產(chǎn)生由555定時器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所示。當開關斷開時，兩電阻阻值設置為20K與6

15、2K,使得555定時器產(chǎn)生周期為1s的脈沖。、倒計時電路24秒倒計時電路。這部分電路的主體部分在時鐘脈沖的輸入情況下工作，下面進行具體分析。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，將低位的借位輸出信號用 作高位的時鐘脈沖，同時將外界時鐘脈沖信號輸入到個位（低位）的 down端，實現(xiàn)電路的倒計時功能。將兩片芯片的置數(shù)輸入端分別置為“2”與“4”，當控制電路給予兩芯片置數(shù)端低電平（有效電平）時，能使其置為“24同時將清零端接地。下圖為倒計時電路的具體電路、控制電路停止：我采用十位（高位）的借位輸出端作為停止電路的信號，當數(shù)碼管顯示為“00”，即十位

16、（高位）輸出均為低電平時，此時其借位輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，將其與秒脈沖信號發(fā)生電路的輸出端通過一個與邏輯，再通到個位（低位） 的down端，此方法截斷了秒脈沖信號，實現(xiàn)了停在“00”的功能。另外，當計數(shù)器正常計數(shù)時，十位（高位）借位輸出端始終保持高電平，當其與秒脈沖信號發(fā)生電路的輸出端通過一個與邏輯，再通到個位（低位）的down端，并不影響秒脈沖的輸入。置數(shù)：利用一個開關，及一個與非門，與非門一端接高電平，另一端通過一個1k電阻再接高電平，同時接開關一段，開關另一端接地。與非門輸出端與兩塊 74LS192的置數(shù)端LOADT目連。如圖當開關 J2斷開時，置數(shù)端為“ 1”，置數(shù)端無效， 能正常計

17、數(shù)，當開關 SW3閉合時，置數(shù)端為“ 0”，置數(shù)端有效，能置為“ 24”。、報警電路當電路顯示為“ 00”時，利用十位（高位）的借位輸出端為“0”加上一個非門實現(xiàn)發(fā)光二極管的工作。如圖、總電路圖由555定時器輸出秒脈沖與十位(高位)的借位輸出端經(jīng)過一個與邏輯輸入到計數(shù)器U2的down端，作為減計數(shù)脈沖。當計數(shù)器計數(shù)計到0時，U2的(13)腳輸出借位脈沖使十位計數(shù)器U1開始計數(shù)。當計數(shù)器計數(shù)到“ 00”時，U1的(13)腳輸出借位脈沖輸出一個低電平， 與 555 定時器輸出秒脈沖通過一個與門， 從而截斷秒脈沖， 使其停在 “ 00 ” ， 同時， 報警電路工作，發(fā)光二極管亮，蜂鳴器響。當SW3斷開時，U1、U2置數(shù)端有效，實現(xiàn)復位功能，再將SW府合時，U1、U2置數(shù)端無效，開始正常計數(shù)。在計數(shù)過程中，SW4閉合時，使555定時器輸出端輸出信號通過與門U?!斷秒信號，從而實現(xiàn)暫停功能，當 SW4斷開時，又開始正常計數(shù)。三、仿真過程與仿真結(jié)果利用 protues 電路仿真軟件，連好電路，進行仿真。仿真結(jié)果符合實驗要求。倒計時置0滅燈元器件清單NE5551個電容10uF1個74LS482個固定電阻1k4個74LS1922個固定電阻10k1個74LS001個開關3個可調(diào)電阻62K1個74LS041個固定電阻20K1個發(fā)光二極管1個電容1個LED數(shù)碼顯示 管2個與門2個設計總結(jié)課程設計