籃球競(jìng)賽30S計(jì)時(shí)器課設(shè)報(bào)告

word文檔可自由復(fù)制編輯課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：籃球競(jìng)賽30S計(jì)時(shí)器學(xué)院名稱：信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：評(píng)分：教師：20年月日數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2013－2014學(xué)年第1學(xué)期第2周－3周題目籃球競(jìng)賽30S計(jì)時(shí)器內(nèi)容及要求〖基本要求〗1)具有顯示30S計(jì)時(shí)功能2)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)數(shù)器的直接清零，啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能3)在直接清零時(shí)，要求數(shù)碼顯示器滅燈4)計(jì)時(shí)器為30S遞減計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)間隔為1S5)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)〖主要參考元器〗：N綜合555(1)，74ls161(1)，74LSl92(2)進(jìn)度安排1.仿真、畫PCB線路板圖、領(lǐng)元器件：2天；2.制作、焊接：2天3．調(diào)試：3天4.驗(yàn)收：1天5.提交報(bào)告：2013-2014學(xué)年第一學(xué)期3周學(xué)生姓名：指導(dǎo)時(shí)間：第2～3周指導(dǎo)地點(diǎn)：E樓607室任務(wù)下達(dá)2013年9月7日任務(wù)完成2013年9月22日考核方式1.評(píng)閱□√2.答辯□√3.實(shí)際操作□√4.其它□指導(dǎo)教師系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長(zhǎng)一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)”、“學(xué)生成績(jī)單”一并交院教務(wù)存檔。摘要籃球30s計(jì)時(shí)器是對(duì)實(shí)際籃球比賽中24s計(jì)時(shí)器的拓展，本課程設(shè)計(jì)的30s計(jì)時(shí)器主要由脈沖發(fā)生電路、時(shí)序控制電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器及報(bào)警電路構(gòu)成。采用30s倒計(jì)時(shí)的計(jì)時(shí)方式，功能完備，具有可直接置數(shù)、清零、暫停/繼續(xù)和報(bào)警的特點(diǎn)。可應(yīng)用于籃球比賽中對(duì)進(jìn)攻時(shí)間的計(jì)時(shí)控制及其他各種需要倒計(jì)時(shí)的場(chǎng)合進(jìn)行跟蹤計(jì)時(shí)。關(guān)鍵詞：時(shí)序；計(jì)數(shù)；譯碼

目錄TOC\o"1-3"\h\u17627前言 127978第一章電路組成與工作原理 2323281.1籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器的系統(tǒng)組成 2276191.2籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器的工作原理 217156第二章單元電路設(shè)計(jì)與計(jì)算 363312.1秒脈沖發(fā)生電路 354962.3譯碼電路 4143472.4控制電路 537452.4.1置數(shù)控制電路 5301722.4.2清零控制電路 5198092.4.3暫停/繼續(xù)控制電路 6298552.5報(bào)警電路 613617第三章電路調(diào)試與改進(jìn) 8208723.1秒脈沖發(fā)生電路的調(diào)試 880753.2譯碼顯示電路的調(diào)試 8217263.3控制電路的改進(jìn) 932135第四章總結(jié) 1030100參考文獻(xiàn) 114993附錄一元件清單 1221229附錄二總電路圖 131728附錄三電路實(shí)物圖 147159附錄四電路PCB圖 15word文檔可自由復(fù)制編輯前言信息社會(huì)的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的進(jìn)步，計(jì)時(shí)器就是工業(yè)發(fā)展道路上進(jìn)步的產(chǎn)物。計(jì)時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)功能電路作用時(shí)間的控制，在時(shí)間達(dá)到的時(shí)候產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)?？芍脭?shù)，還可暫停和啟動(dòng)，工作時(shí)可以清零重新計(jì)時(shí)，功能多樣，是計(jì)時(shí)控制的重要工具。計(jì)時(shí)器在實(shí)際工作中用到的場(chǎng)合很多，它成為今天工業(yè)控制領(lǐng)域、通訊設(shè)備、信息處理中使用最廣泛的電路之一。在很多領(lǐng)域都需要幾個(gè)甚至上百個(gè)定時(shí)電路去控制多項(xiàng)操作，如數(shù)控電梯、數(shù)控機(jī)床、各種智能醫(yī)療器械等方面，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，最終促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在日常生活中也不乏計(jì)時(shí)器的身影，如體育比賽中的定時(shí)報(bào)警器、游戲中的倒時(shí)器、交通信號(hào)燈中的時(shí)間控制器等無(wú)一不是計(jì)時(shí)器的控制。在實(shí)際籃球比賽中規(guī)定一方持球的時(shí)間不得超過24s，計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)便可以達(dá)到在這24s內(nèi)對(duì)時(shí)間的控制，需要時(shí)可以暫停計(jì)時(shí)也可以及時(shí)繼續(xù)計(jì)時(shí)，當(dāng)一方持球超過24s時(shí)，計(jì)時(shí)器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，新一輪的計(jì)時(shí)又可以清零置數(shù)開始倒計(jì)時(shí)。而籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器就是對(duì)實(shí)際籃球比賽計(jì)時(shí)器的模擬拓展，將24s改為30s,因此實(shí)現(xiàn)的功能與實(shí)際籃球比賽中的計(jì)時(shí)器功能一致。

第一章電路組成與工作原理1.1籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器的系統(tǒng)組成籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器是對(duì)實(shí)際籃球競(jìng)賽24s計(jì)時(shí)的拓展設(shè)計(jì)，置數(shù)后便可倒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)過程中可暫停/繼續(xù)還可以清零，到倒計(jì)時(shí)為0時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，完成一個(gè)功能計(jì)時(shí)周期。為實(shí)現(xiàn)以上功能，整個(gè)電路可分為脈沖發(fā)生電路、時(shí)序控制電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器及報(bào)警電路六個(gè)部分。減計(jì)數(shù)器譯碼器數(shù)碼顯示器秒脈沖發(fā)生器 減計(jì)數(shù)器譯碼器數(shù)碼顯示器秒脈沖發(fā)生器光電報(bào)警控制電路光電報(bào)警控制電路圖1.1原理框圖1.2籃球競(jìng)賽30s計(jì)時(shí)器的工作原理計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分，計(jì)數(shù)器通過秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒信號(hào)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，而控制電路控制計(jì)數(shù)器的置數(shù)、暫停、啟動(dòng)和清零功能。當(dāng)按下置數(shù)開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器完成置數(shù)，數(shù)碼管顯示“30”字樣并開始倒計(jì)時(shí)；當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為“00”時(shí)，發(fā)光二極管亮發(fā)生報(bào)警信號(hào)。在計(jì)時(shí)的過程中，按下暫停/繼續(xù)開關(guān)可切斷計(jì)數(shù)器與脈沖發(fā)生器的聯(lián)系使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的暫停，再次按下暫停/繼續(xù)開關(guān)便可繼續(xù)計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)過程中若有需要可以按下清零開關(guān)即可清零，再置數(shù)后可以達(dá)到重新計(jì)時(shí)的效果。

第二章單元電路設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1秒脈沖發(fā)生電路脈沖發(fā)生電路是計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的前提，其主要作用是產(chǎn)生一個(gè)周期恒定的脈沖信號(hào)，本次設(shè)計(jì)將采用NE555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)較穩(wěn)定的多諧振蕩器。多諧振蕩器又稱為無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)，兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而從引腳3輸出一矩形波。圖2.1脈沖發(fā)生電路圖圖2.1所示是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器,R1、R2和C2是外接元件。由于要產(chǎn)生周期為1s的脈沖信號(hào)，振蕩器的周期計(jì)算公式為T=0.7*（R1+2*R2）*C2（1）C2設(shè)為參數(shù)為10μF的電解電容，將R1與R2的阻值設(shè)為15kΩ和68kΩ，則振蕩器輸出脈沖信號(hào)的周期為1.0577s約為1s。2.2減計(jì)數(shù)電路該部分電路的主要功能是對(duì)之前產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，使用兩片74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要功能如下表。表2—174LS192主要功能表MR操作××00置數(shù)↑110加計(jì)數(shù)1↑10減計(jì)數(shù)×××1清零注釋：為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）為異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）MR為異步清除端由于74LS192為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，置數(shù)端D3D2D1D0通過接高低電位可進(jìn)行其他置數(shù)，故可將兩片74LS192構(gòu)成可預(yù)置數(shù)的三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的十位接成三進(jìn)制，計(jì)數(shù)器的個(gè)位數(shù)接成十進(jìn)制。由表2—1可以看出,當(dāng)=1,MR=0,=1時(shí),如果有時(shí)鐘脈沖加到端,則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加法計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)到9時(shí),進(jìn)位輸出端TCU端輸出進(jìn)位下降沿跳變脈沖；當(dāng)=1，MR=0，=1時(shí)，如果有時(shí)鐘脈沖加到端，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，借位輸出端TCD端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設(shè)計(jì)出三十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，Q0-Q3分別接到對(duì)應(yīng)的譯碼器的輸入端，端接到秒脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端。圖中預(yù)置數(shù)為N=(2)當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器的借位輸出端TCD輸出借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器才開始進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到高、低位計(jì)數(shù)器都為零時(shí)，高位計(jì)數(shù)器的借位輸出端TCD輸出借位脈沖，當(dāng)控制電路使置數(shù)端=0時(shí)，計(jì)數(shù)器置數(shù)，在端輸入脈沖的作用下，進(jìn)行下一循環(huán)的減法計(jì)數(shù)。電路如圖2.2所示。圖2.2減計(jì)數(shù)電路2.3譯碼電路由于譯碼顯示選用的是共陰極數(shù)碼管，故采用4線—七段譯碼器74LS48。74LS48芯片是一種有內(nèi)部上拉電阻的常用的七段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，常被使用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。當(dāng)要求輸出0—15時(shí)，消隱輸入應(yīng)為高電平或者開路，特別的，當(dāng)輸出為0時(shí)還要求脈沖消隱輸入為高電平或者開路，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中為使電路穩(wěn)定該端接高電平而不懸空。當(dāng)為低電平時(shí)，不論其它輸入端狀態(tài)如何，QA—QG均為低電平。根據(jù)這一特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)電路中，譯碼顯示時(shí)，使接高電平，而要達(dá)到清零后數(shù)碼管滅燈的要求便可在該端接一個(gè)反相器。撥動(dòng)清零開關(guān)時(shí)高電平經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖捷斎氲蕉?，則譯碼器輸出全為低電平，所接的共陰極數(shù)碼管則滅燈。具體電路如圖2.3所示，ABCD為譯碼地址輸入端。圖2.3譯碼顯示電路2.4控制電路控制電路決定整個(gè)設(shè)計(jì)中輔助功能的實(shí)現(xiàn)，包括置數(shù)控制，清零控制以及暫停/繼續(xù)功能控制。為保證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在控制電路設(shè)計(jì)中，正確處理各電路之間的時(shí)序關(guān)系是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。2.4.1置數(shù)控制電路可預(yù)置數(shù)主要在于控制74LS192芯片的置數(shù)端，由表2—1可知，為低電平有效輸入端，故當(dāng)在該端輸入低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器重新置數(shù)。用一個(gè)B鍵實(shí)現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行控制，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)，接高電位，而需要置數(shù)時(shí)，按下B鍵，則端接低電平即可置數(shù)，B鍵彈開后，回到高電位，計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)。圖2.4置數(shù)控制電路2.4.2清零控制電路直接清零功能添加在計(jì)數(shù)器模塊，由于74LS192的MR端具有清零的功能，由表2—1可看出當(dāng)MR接高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。實(shí)際電路中，使用一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，當(dāng)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí)，單刀雙擲開關(guān)接地，即MR為低電平計(jì)數(shù)，而單刀雙擲開關(guān)接高電平時(shí)，即MR為高電平，則計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)高電平經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖捷斎胱g碼器，使譯碼器輸出全為低電平而使顯示數(shù)碼管滅燈。圖2.5清零控制電路2.4.3暫停/繼續(xù)控制電路要達(dá)到暫停/繼續(xù)的功能可通過對(duì)計(jì)數(shù)器輸入的脈沖輸送進(jìn)行控制。選用三輸入的與非門74LS10作為主控芯片，從555構(gòu)成的多諧振蕩電路的輸出端接至74LS10的輸入端1腳，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)，2和13腳接高電平，12腳輸出則隨1腳輸入的脈沖信號(hào)而變化，從而6腳的輸出即為從1腳輸入的脈沖信號(hào)，該信號(hào)輸入到74LS192，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。當(dāng)單刀雙擲開關(guān)接地，第一個(gè)與非門輸出高電位，從而第二個(gè)與非門的輸出保持低電平，無(wú)脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)暫停功能，當(dāng)開關(guān)置回高電平計(jì)數(shù)器則會(huì)繼續(xù)計(jì)數(shù)。圖2.6暫停/繼續(xù)控制電路2.5報(bào)警電路報(bào)警信號(hào)一般使用蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，由于該電路使用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警會(huì)使電路變得復(fù)雜而不直觀，為簡(jiǎn)化電路，采用發(fā)光二極管發(fā)出的光信號(hào)報(bào)警的方式設(shè)計(jì)電路。當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器的借位輸出端TCD輸出借位脈沖，即74LS192計(jì)數(shù)器的個(gè)位遞減為“0”時(shí)，高位計(jì)數(shù)器才開始進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)高位也減為“0”時(shí)，根據(jù)74LS192芯片的功能可知該芯片的借位輸出端TCD為低電平有效，故高位計(jì)數(shù)器的TCD端輸出低電平。如圖2.7所示，發(fā)光二極管的負(fù)極接低電平，此時(shí)發(fā)光二極管亮，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器倒計(jì)數(shù)到“00”時(shí)，發(fā)光二極管亮，發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。圖2.7報(bào)警電路

第三章電路調(diào)試與改進(jìn)由于實(shí)際使用的芯片可能類型不同，各芯片之間的銜接存在一些問題，這對(duì)電路的最終功能的實(shí)現(xiàn)有著重要的影響，所以對(duì)電路的調(diào)試十分重要。本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)器，故時(shí)基電路即脈沖信號(hào)發(fā)生電路在本設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，而其他各部分電路的輔助控制電路決定著系統(tǒng)最終各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，這些都是調(diào)試的重點(diǎn)。3.1秒脈沖發(fā)生電路的調(diào)試通過555定時(shí)器、RC阻容件構(gòu)成的多諧振蕩器，C2為10μF的電解電容，R1為15kΩ，R2為68kΩ，振蕩器輸出脈沖信號(hào)的周期約為1秒。把555產(chǎn)生的信號(hào)接到示波器，應(yīng)用示波器的菜單功能查看該信號(hào)的周期，調(diào)節(jié)電位器使得輸出的信號(hào)的頻率為1Hz。觀察波形，發(fā)現(xiàn)過沖現(xiàn)象較為嚴(yán)重，干擾較多。檢查電路無(wú)誤，經(jīng)查閱資料，發(fā)現(xiàn)555定時(shí)器5腳懸空容易受到干擾。于是將555定時(shí)器5腳和GND之間接上一個(gè)100nF的電容。再次觀察波形，過沖現(xiàn)象消除，波形穩(wěn)定。圖3.1秒脈沖信號(hào)波形圖3.2譯碼顯示電路的調(diào)試電路焊接完畢檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示燈太亮，判定是因?yàn)榱魅霐?shù)碼管的電流過大的原因。查閱資料得知，數(shù)碼管的限流電阻可以在100Ω—10kΩ之內(nèi)，為防止電流太大而燒壞數(shù)碼管，也不致使數(shù)碼管顯示過于暗淡，最終決定在每一個(gè)譯碼器輸出端與數(shù)碼管的輸入端之間接入200Ω的限流電阻。經(jīng)檢測(cè)，接入200Ω的限流電阻后，數(shù)碼管的亮度有明顯減弱，亮度適中。3.3控制電路的改進(jìn)在置數(shù)功能電路設(shè)計(jì)中，原先選用的單刀雙擲開關(guān)，置數(shù)時(shí)，單刀雙擲開關(guān)接低電平實(shí)現(xiàn)置數(shù)功能，要開始計(jì)數(shù)還得把開關(guān)撥回接高電平狀態(tài)，這樣使用不方便，改進(jìn)電路中使用了一個(gè)B鍵代替單刀雙擲開關(guān)。當(dāng)按下B鍵，74LS192的端接低電平置數(shù)，松開手則回到高電平狀態(tài)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。電路改進(jìn)后，置數(shù)后計(jì)數(shù)只需一個(gè)動(dòng)作即可完成，方便使用者重新置數(shù)。焊接好的電路暫停/繼續(xù)功能存在較大問題，暫停計(jì)時(shí)的狀態(tài)與繼續(xù)計(jì)時(shí)的狀態(tài)不連續(xù)會(huì)產(chǎn)生跳變。當(dāng)暫停/繼續(xù)開關(guān)接地時(shí)，計(jì)數(shù)器暫停，但當(dāng)開關(guān)重新接回高電位時(shí)，計(jì)時(shí)器不從原先暫停的時(shí)間繼續(xù)，如在“24”秒時(shí)暫停，計(jì)時(shí)器可能從“20”秒繼續(xù)計(jì)時(shí)。經(jīng)分析，產(chǎn)生該問題的原因可能是因?yàn)閾軇?dòng)開關(guān)時(shí)的抖動(dòng)給電路帶來(lái)影響，使信號(hào)發(fā)生了多次翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致計(jì)時(shí)不連續(xù)。為了消除開關(guān)處的抖動(dòng)，提出了兩個(gè)方案。方案一是在單刀雙擲的中端與它的連接端接入一個(gè)斯密特觸發(fā)器，經(jīng)檢測(cè)該方案效果不明顯。方案二是在單刀雙擲開關(guān)的兩極各并聯(lián)了一個(gè)10nF的電容，經(jīng)檢測(cè)，改進(jìn)后的電路有了明顯的改善，繼續(xù)計(jì)時(shí)后不連續(xù)計(jì)時(shí)的情況的概率降低了。最終采用了方案二對(duì)按鍵進(jìn)行消抖。

第四章總結(jié)本設(shè)計(jì)主要通過模塊化思想，逐步設(shè)計(jì)所需達(dá)到的功能電路。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本設(shè)計(jì)方案完成了設(shè)計(jì)的基本要求，總的來(lái)說