籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、-. z.概述在籃球比賽中，規(guī)定了一方的持球時(shí)間不能超過30秒，否則就被判做犯規(guī)。本課程設(shè)計(jì)的籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器，就可用于籃球比賽中，用于對球員持球時(shí)間30秒進(jìn)展限制。一旦球員的持球時(shí)間超過了30秒，計(jì)時(shí)器便自動報(bào)警。30秒計(jì)時(shí)器不僅可用于籃球比賽中，生活中也有許多地方可以用到，比方通過對預(yù)置時(shí)間的更改，可以用于辯論賽等場合。此次課設(shè)設(shè)計(jì)了一個籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器電路。它由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和時(shí)序控制電路五個局部組成。通過控制電路來完成計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動、計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)等功能。計(jì)時(shí)器為30秒遞減計(jì)時(shí)器，其時(shí)間間隔為1秒；計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，持

2、續(xù)發(fā)光報(bào)警。并自行設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。這次實(shí)踐，旨在增強(qiáng)學(xué)生思考問題，解決問題，以及將知識運(yùn)用于實(shí)際的能力，作為一名學(xué)生應(yīng)該好好珍惜這樣的時(shí)機(jī)。方案論證圖1 籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器原理框圖30秒計(jì)時(shí)器的原理框圖如圖1所示。30秒計(jì)時(shí)器主要由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、時(shí)序控制電路和報(bào)警電路5局部構(gòu)成。計(jì)數(shù)器完成30秒減計(jì)時(shí)功能，而控制電路是控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動、計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)功能等功能。操作清零開關(guān)時(shí)能夠使計(jì)數(shù)器清零并使顯示器顯示00，報(bào)警燈發(fā)光；當(dāng)啟動開關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖脈沖信號，同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，顯示器顯示30；當(dāng)啟動開關(guān)斷開時(shí)，計(jì)數(shù)器開場計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)閉合

3、時(shí)，控制電路封鎖脈沖信號，計(jì)數(shù)器處于封存狀態(tài)，計(jì)數(shù)器停頓計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)斷開時(shí)，計(jì)數(shù)器連續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí)，報(bào)警燈發(fā)出報(bào)警信號。電路設(shè)計(jì)1. 直流穩(wěn)壓電源電路直流穩(wěn)壓電路由電壓變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，構(gòu)造框圖如圖2所示。變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路交流輸入 直流輸出 圖2 直流穩(wěn)壓電源電路構(gòu)成電壓變壓器的作用是將電網(wǎng)220的交流電壓變成整流電路所需要的交流電壓，通常為降壓變壓器。整流電路是將輸入的交流電壓變換為單向脈動電壓和電流，這是還需在整流電路的輸出端接入濾波電路濾除交流分量，使輸出為平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路的作用是將濾波電路輸出的電壓經(jīng)穩(wěn)壓后，輸出較穩(wěn)定的

4、電壓。直流穩(wěn)壓電源的電路圖如圖3所示。圖3 直流穩(wěn)壓電路圖2.計(jì)數(shù)器電路本實(shí)驗(yàn)中計(jì)數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74192進(jìn)展設(shè)計(jì)，74192是十進(jìn)制同步加法/減法計(jì)數(shù)器，它采用8421BCD碼二-十進(jìn)制編碼，其功能表如表1所示。表1 74192的功能表CPUCPDCR操作00置數(shù)110加計(jì)數(shù)110減計(jì)數(shù)1清零74192的引腳圖如圖4所示。結(jié)合整機(jī)電路見附錄I可看出,當(dāng)J3接5V時(shí)，CR為高電平，計(jì)時(shí)器清零；當(dāng)J3接地時(shí)，CR為低電平、LD為低電平時(shí)，D0-D3端輸入的數(shù)據(jù)d0-d3被置入計(jì)數(shù)器，Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0。當(dāng)CR為低電平，LD為高電平時(shí)，如果CPD為高電平，由CPU端輸入計(jì)數(shù)

5、脈沖，進(jìn)展加計(jì)數(shù)。如果CPU為高電平，由CPD端輸入計(jì)數(shù)脈沖，則進(jìn)展減計(jì)數(shù)。如果CPU和CPD端都為高電平，計(jì)數(shù)器保持狀態(tài)不變。用兩片74192實(shí)現(xiàn)30秒定時(shí)器的計(jì)數(shù)如圖5所示。當(dāng)J3接地時(shí)即CR=0，同時(shí)啟動開關(guān)J2打向下端時(shí)，兩片74HC192的LD=0,計(jì)數(shù)器置30秒.當(dāng)J2打向上端時(shí)，LD=1，計(jì)時(shí)器工作，CPD端輸入秒脈沖時(shí)進(jìn)展減數(shù)。當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到0時(shí)，BO1和BO2同時(shí)輸出低電平0。 圖4 74192引腳圖BO接顯示器接顯示器 脈沖信號 圖5 三十進(jìn)制減法計(jì)時(shí)器3.時(shí)序控制電路圖6是時(shí)序控制電路。J1是暫停/連續(xù)開關(guān)。開關(guān)J1打向右端時(shí)，U3輸出高電平，控制門U4翻開，秒脈沖信號可

6、以通過控制門U4使計(jì)數(shù)器進(jìn)展減數(shù)；開關(guān)J2打向左端時(shí)，U3輸出低電平，U4門關(guān)閉，秒脈沖信號被封鎖，計(jì)數(shù)器處于鎖存狀態(tài)。計(jì)數(shù)器完成30秒倒計(jì)時(shí)或清零后，BO為低電平，二極管發(fā)光，同時(shí)U1門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器不再進(jìn)展計(jì)數(shù)，并顯示00。 脈沖信號BO秒脈沖 圖6 時(shí)序控制電路4.秒脈沖信號產(chǎn)生電路LM555秒脈沖發(fā)生器的振蕩周期T=tw1+tw2=0.7R1+2R2C，振蕩頻率f=1/T=1/0.7R1+2R2C1.43/(R1+R2)C。本實(shí)驗(yàn)需要的周期是1s，計(jì)算出較為穩(wěn)定的電阻電容值為：R1=20.4k,R2=20.8k,C1=100nF ,C2=2.2F。LM555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時(shí)器

7、構(gòu)成，其引腳圖如圖7所示。脈沖信號產(chǎn)生電路如圖8所示。圖7 LM555引腳圖秒脈沖 圖8 脈沖信號產(chǎn)生電路5.譯碼和數(shù)碼顯示電路譯碼器將各級十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)展二-十進(jìn)制譯碼，并驅(qū)動數(shù)碼管用十進(jìn)制符號顯示出來。譯碼顯示器如圖9所示。 圖9 譯碼顯示器 為保護(hù)顯示器，使顯示器與電阻串聯(lián)，其電路圖如圖10所示。接計(jì)時(shí)器圖10 譯碼和數(shù)碼顯示電路6.報(bào)警電路當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零 ( 即定時(shí)時(shí)間到 )或直接清零時(shí) ,顯示器顯示00，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 ,BO輸出為低電平，此時(shí)+5V電源經(jīng)10k電阻使發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)出紅光電報(bào)警信號,完成報(bào)警功能。報(bào)警電路如圖11所示。接計(jì)時(shí)器BO 脈沖信號

8、圖11 發(fā)光報(bào)警電路性能的測試 1.直流穩(wěn)壓電源測試將萬用表接到直流穩(wěn)壓電源上，進(jìn)展仿真，其電路如圖12所示。萬用表測試結(jié)果顯示的數(shù)據(jù)如圖13所示。圖12 直流穩(wěn)壓電源測試電路圖13 萬用表的測試結(jié)果萬用表的數(shù)據(jù)顯示為5.007V，即所設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓為5.007V，非常接近5V,所以可認(rèn)為此直流穩(wěn)壓電源合格。2.脈沖信號發(fā)生器測試將示波器連接到脈沖信號發(fā)生器上，進(jìn)展仿真，其電路如圖14所示。示波器上所觀察的波形如圖15所示。 圖14 脈沖信號發(fā)生器測試電路 圖15 示波器測試所顯示波形示波器所顯示波形的周期為94.129ms，即所設(shè)計(jì)的信號發(fā)生器的輸出信號周期為94.129ms，

9、其信號頻率非常接近1HZ，所以此信號發(fā)生器合格。3.整體電路測試 1預(yù)置30秒 對電路進(jìn)展仿真，將J2打向下端接地端，J3打向上端接地端，J1打向右端。此時(shí)LD為低電平，顯示器顯示30，其仿真結(jié)果如圖16所示。圖16 30秒置數(shù)仿真結(jié)果從顯示器顯示30可以得知，整個電路可圓滿完成置數(shù)功能。 2暫停/連續(xù)功能當(dāng)置數(shù)30秒完成后，J2打向上端，計(jì)時(shí)器開場計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)開場后，暫停/連續(xù)開關(guān)J1打向右端時(shí)，U3輸出高電平，控制門U4翻開，秒脈沖信號可以通過控制門U4使計(jì)數(shù)器進(jìn)展減數(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)功能；開關(guān)J1打向左端時(shí)，U3輸出低電平，U4門關(guān)閉，秒脈沖信號被封鎖，計(jì)數(shù)器處于鎖存狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)暫停功能。J1打向

10、左端時(shí)暫停功能的仿真結(jié)果如圖17所示，J1打向右端時(shí)連續(xù)功能的仿真結(jié)果如圖18所示。圖17暫停功能的仿真結(jié)果 圖18 連續(xù)功能的仿真結(jié)果從圖17的仿真結(jié)果可以看出，在減計(jì)時(shí)過程中，將J1打向左端時(shí)此時(shí)顯示器顯示10，U3輸出低電平，U4門關(guān)閉，秒脈沖信號被封鎖，計(jì)時(shí)器停頓計(jì)時(shí)，且顯示器顯示結(jié)果保持不變此時(shí)繼續(xù)保持顯示為10。 從圖18的仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)J1打向左端后即處于暫停狀態(tài)，再將J1打回右端，U3輸出高電平，控制門U4翻開，秒脈沖信號可以通過控制門U4，此時(shí)顯示器顯示09，并繼續(xù)遞減，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)功能。根據(jù)以上結(jié)果可得出電路能夠成功實(shí)現(xiàn)暫停/連續(xù)功能的結(jié)論。(3)報(bào)警功能當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)

11、到零時(shí)，顯示器顯示00，此時(shí)計(jì)時(shí)器的BO端輸出低電平，發(fā)光二極管自動導(dǎo)通，發(fā)出紅色報(bào)警信號。報(bào)警顯示如圖19所示。圖20為發(fā)光二極管報(bào)警時(shí)的局部放大圖。圖19 報(bào)警功能仿真結(jié)果BO端接+5V接U1 圖20 報(bào)警時(shí)發(fā)光二極管的局部放大圖4清零報(bào)警功能計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)過程中該過程中J2保持打向上端不變，J1保持打向右端不變，將開關(guān)J3打向下端接高電平，此時(shí)CR為高電平，計(jì)時(shí)器清零，顯示器顯示00，報(bào)警器發(fā)出紅色報(bào)警信號。清零仿真結(jié)果如圖21所示。圖21 清零功能仿真結(jié)果 仿真結(jié)果說明將J3打向下端后，顯示器自動清零，顯示00，并且此時(shí)報(bào)警器報(bào)警。電路能成功完成清零功能。五、 結(jié)論根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，本設(shè)計(jì)

12、方案圓滿完成了設(shè)計(jì)要求和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。電路構(gòu)造較為簡單，條理清晰，準(zhǔn)確度較高。脈沖發(fā)生器使用的是555振蕩電路，通過對器件參數(shù)的調(diào)整，使其精度和穩(wěn)定程度都有較高保證。如果能夠通過分頻電路來代替555信號發(fā)生器的話，產(chǎn)生秒脈沖計(jì)時(shí)信號能夠更加穩(wěn)定和精準(zhǔn)。六、 性價(jià)比 綜合各種因素來看，該方案所設(shè)計(jì)的電路比擬經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。雖然由于該電路中的元?dú)饧r(jià)格低廉但電路的總體性能比擬穩(wěn)定，效果很好，由此可見該方案的性價(jià)比還是很高的，假設(shè)把該方案所設(shè)計(jì)的電路做成實(shí)物圖完全可以應(yīng)用到籃球比賽中。七、 課設(shè)體會及合理化建議這個設(shè)計(jì)方案的出臺離不開對資料的查詢，在查找資料的過程中我學(xué)會了如何查找文獻(xiàn)資料并把信息運(yùn)用到自

13、己的設(shè)計(jì)方案中去。在以后的學(xué)習(xí)和生活過程中，會遇到許多困難和疑惑，我們應(yīng)該充分利用現(xiàn)有資源來解決現(xiàn)實(shí)中的問題。這次實(shí)驗(yàn)也讓我對所學(xué)的知識有了更多理性和感性的認(rèn)識，把所學(xué)運(yùn)用到生活中去解決問題具有一種愉悅感和成就感。在連接實(shí)物圖和仿真的過程中也遇到了不少問題，通過自己的努力最終解決了出現(xiàn)的各種問題，在這解決問題的過程中使我學(xué)到了許多以前不太了解的知識，同時(shí)也培養(yǎng)了思考問題的習(xí)慣。同時(shí)，遇到困難時(shí)，要勇于向教師和同學(xué)請教?？傊?，在這次實(shí)驗(yàn)過程中，我收獲頗豐。在過程中我得到了鍛煉，動手動腦的能力得到了加強(qiáng)，學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識。參考文獻(xiàn)1畢滿清主編.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)第三版.M：機(jī)械工業(yè)，2005年2朱定華主編.電子電路測試與實(shí)驗(yàn).M：清華大學(xué)，2004年3楊志忠主編.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì).M：機(jī)械工業(yè)，2008年4朱修文主編.實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)制作.M：中國電力，2005年5路勇主編.電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真.M：交通大學(xué)，2004年附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1U5 U6可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器7419222U3 U4二輸入一輸出與非門74LS00N23U1 U2二輸入一輸出與門74LS0824U9555振蕩器LM555CM15LED1發(fā)光二極管LED燈16C1