籃球比賽計時器設計

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)結束和全場結束能自動音響提示。（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據不變，等到重新啟動開始工作。籃球比賽計時器設計摘要 本設計是脈沖

3、數字電路的簡單應用，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成：秒脈沖發(fā)生器、計數器、譯碼顯示電路、控制電路和報警電路。控制電路直接控制計數器啟動計數、暫停/連續(xù)計數、譯碼顯示電路的顯示等功能。當控制電路的置數開關閉合時，在數碼管上顯示數字24，每當一個秒脈信號輸入到計數器時，

4、數碼管上的數字就會自動減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、調試步驟11第五章 性能測試和結果分析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

5、的主要功能包括： 12分鐘倒計時、進攻方24秒倒計時計時暫停，重新開啟和結束警報提示。該計時系統(tǒng)由以下四個電路模塊組成：1秒時基產生器：這部分利用32.768KHz需要通過分頻器，最終產生1赫茲的電信號，驅動整個電路的運作。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器74LS192的減計數功能來實現(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

6、比賽開始后，倒計時從24逐秒倒數到00。這一模塊主要也是利用雙向計數器74LS192來實現(xiàn)。節(jié)數記次：四個LED分別表示四場節(jié)次，根據比賽場次的轉換，用適當的方法使這四個LED依次自動指示四場節(jié)次。警報提示：當兩個計數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使倒計時計數器相應的置數或清零端有效，顯示設定的時間12：00，當主裁判拋起球，比賽開始，扳動G，倒數計時器開始工作（相應的置數、清零端無效），計時器逐秒進行倒計顯示。當

7、有球員犯規(guī)，裁判吹哨，整個計時系統(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)。當倒數計時器計數到零時，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，從而計時器在計數到零時停住。24秒計數芯片的置數端和12分的置數、清零端共用一個開關，比賽開始后，24秒的置數端也無效，24秒的倒數計時器與12分的倒數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，使計時器在計數到零時停住。節(jié)次電路：用四個D觸發(fā)器和適當的組合邏輯電路搭成四位的移位寄存器

8、，四個LED分別接在這四個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，可在計數器的輸出端用一個普通二極管和LED二極管。當計數為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)生器計數器計數器譯碼驅動譯碼驅動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計數芯片來實現(xiàn)，同時利用反饋和置數實現(xiàn)進制的轉換，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器停止計數并用LED發(fā)出警報。而節(jié)次計數是通過12分鐘的重置來實現(xiàn)的。

9、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)生器的設計  方案一： 信號發(fā)生器是數字鐘的核心。它的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數字鐘計時的準確程度，可選用晶振的頻率為32768Hz的脈沖經過整形、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。  參數計算：1.脈沖產生電路：a.用555組成的脈沖產生電路:

10、60;       R1=15*103        R2=68*103        C=10F   則555所產生的脈沖的為: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時候可以使用.b.石英晶體振蕩電路:      

11、;  采用的32768晶體振蕩電路,其頻率為32768Hz,然后再經過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赫茲的晶振產生秒脈沖，所以采用方案一。二、秒、分倒計數器的設計1、24秒倒計時電路計數器的倒計時功能。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。因為預置的數不是“00”，所以我選用置數端LOAD來進行預置數。低位的借位輸出信號用作

12、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。運用兩片可逆計數器74LS192來構成60進制的減計數器。這個計數器的低位即個位，不需要搭接任何反饋電路而直接運用74LS192芯片的減計數功能：時鐘脈沖接到down端，置數、清零端無效，即可以實現(xiàn)十進制的倒計時計數功能。而最低位的計數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計數器的減計數時鐘脈沖輸入端down。該計數器的高位即十位，與低位的計數進制不相同。由于時間的分和秒都是60進制，所以這里的計數芯片74LS192必須要接成六進制的計數器。這里，我選用反饋置數的方法來實現(xiàn)

13、這個功能。反饋方案一：考慮到74LS192芯片的置數端LOAD是異步置數，并且是低電平有效的，所以我根據74LS192芯片減計數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芯片的置數端LOAD使之實現(xiàn)置數動作。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芯片的置數端LOAD使之實現(xiàn)置數動作。（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。）置數時，輸出的數是與輸入的數是一

14、樣的，所以我設置的數是5（二進制0101），這樣，當計數器從0變到9時，由于進行了異步置數，9就在瞬間變成了5，計數輸出的結果就變?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器74LS192來構成減計數器。在兩片計數器的連接上，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。而低位計數器的時鐘脈沖則是用秒部分高位計數器的借位輸出信號來充當的。運用以上兩個計數器組合，就在低位計數器從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，從而使高位的計數器倒倒計一個數。實現(xiàn)倒計時功能。12分鐘倒計時電路如下：一、 譯碼器和顯示器的設

15、計譯碼電路的功能是將“秒”、“分”計數器的輸出代碼進行翻譯，變成相應的數字。本次驅動LED七段數碼管的譯碼器，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LE

16、D都不亮。合上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。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。最左邊的開關是整個系統(tǒng)的啟動開關。第四章 安裝、調試步驟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    &

17、#160;        測試74LS74，相應的門電路模塊74LS02、74LS32的好壞。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

18、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計數器74LS192及相關門實

19、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