籃球競(jìng)賽24s計(jì)時(shí)器

PAGEPAGE2電子課程設(shè)計(jì)--籃球競(jìng)賽24s計(jì)時(shí)器學(xué)院：電子信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)、班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：2013年12月22日目錄一設(shè)計(jì)任務(wù)及要求……3二總體框圖……………3三器件選擇……………4四模塊功能……………5五總體設(shè)計(jì)電路圖……11六硬件調(diào)試……………13七設(shè)計(jì)心得………………14籃球競(jìng)賽24s計(jì)時(shí)器一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)主要能完成：在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時(shí)間不能超過(guò)24秒，否則就犯規(guī)了。本課程設(shè)計(jì)的“籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器”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(guò)了24秒，它就自動(dòng)報(bào)警從而判定此球員的犯規(guī)。2、基本要求要求電路為24秒遞減計(jì)時(shí)，每隔1秒鐘，計(jì)時(shí)器減1；要有外部開(kāi)關(guān)，控制計(jì)數(shù)器的直接清零、復(fù)位、啟動(dòng)和暫停/連續(xù)計(jì)時(shí)功能；當(dāng)計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)為零時(shí)，即定時(shí)時(shí)間倒，顯示為零，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。二、電路框圖及工作原理2.1電路框圖24秒計(jì)時(shí)器的總體方案框圖如圖2-1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)器的直接復(fù)位、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù);譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時(shí)時(shí)間到啟動(dòng)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)，電路可采用555集成電路組成的多諧振蕩器構(gòu)成。譯碼顯示電路四線數(shù)碼管報(bào)警電路在試驗(yàn)中可用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)。秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器控制電路譯碼顯示報(bào)警電路外部操作信號(hào)圖2-1總體方案框圖2.2設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)中，24進(jìn)制計(jì)數(shù)器是整個(gè)電路的核心部分，我選擇74LS192進(jìn)行24進(jìn)制同步減法、加法計(jì)數(shù)。選擇兩個(gè)四段數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本課程設(shè)計(jì)采用555計(jì)時(shí)器制成的多諧振蕩器，對(duì)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行秒脈沖的輸入。在本設(shè)計(jì)中，因?yàn)槲覀冃枰獙?duì)其進(jìn)行暫停、復(fù)位、加法、報(bào)警等控制，所以我們使用了三個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制計(jì)數(shù)器的各功能的實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了各種功能的。三、選擇元器件設(shè)計(jì)所需主要器件如表1所示。表1所需原器件器件名稱(chēng)數(shù)量74LS1922CM55517400N1數(shù)碼管2燈泡1蜂鳴器1開(kāi)關(guān)、電阻、電容若干四、模塊功能4.124秒倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制遞減功能，所以本設(shè)計(jì)采用十進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)，因此使用2片74LS192集成芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192引腳排列及邏輯符號(hào)如圖4-1-1（a）、（b）所示，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能圖4-1-174LS192的引腳排列及邏輯符號(hào)表174LS192功能表

輸入

輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0

1

×

×

×××××0000

0

0×

×dcbadcba

0

1↑1××××

加計(jì)數(shù)

0

1

1↓××××

減計(jì)數(shù)在本次設(shè)計(jì)中，因?yàn)槲覀円獙?shí)現(xiàn)24進(jìn)制計(jì)數(shù)功能，所以我們首先應(yīng)該對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行置數(shù)，由于（24）10=（00100100）8421BCD所以要先對(duì)74LS192兩芯片進(jìn)行置數(shù)，令第一塊集成塊的置數(shù)端Q3Q2Q1Q0=0010，令第二塊的為Q3Q2Q1Q0=0100。把第二塊芯片的借位端與第一塊芯片的脈沖輸入端相連，從而進(jìn)行實(shí)現(xiàn)借位功能。電路接線如圖4-1-3圖4-1-324s4.2秒脈沖的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本電路需要產(chǎn)生間隔為一秒的時(shí)間脈沖，完成正確的計(jì)數(shù)功能。所以選擇555定時(shí)器來(lái)設(shè)計(jì)此模塊。從而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖。1．器件特性555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路,外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu),體積很小使用起來(lái)方便.只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號(hào)產(chǎn)生與變換電路。2．自激多諧振蕩器用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供脈沖。R1、R2和C1為外接定時(shí)元件，高、低電平觸發(fā)輸入端項(xiàng)鏈并接到定時(shí)電容C1上，R1和R2的節(jié)點(diǎn)與放電端相連，電壓控制端不用，通常接0.01uF電容C2。接通電源后，VCC通過(guò)R1，R2對(duì)C1充電，DIS上升。開(kāi)始時(shí)DIS<EQ\F(1,3)VCC，即高電平觸發(fā)端TH<EQ\F(2,3)VCC，低電平觸發(fā)<EQ\F(1,3)VCC，定時(shí)器置位，放電管截止。隨后DIS越充越高，當(dāng)DIS>EQ\F(2,3)VCC，高電平觸發(fā)端TH>EQ\F(2,3)VCC，低電平觸發(fā)端>EQ\F(1,3)VCC，定時(shí)器復(fù)位，放電管飽和導(dǎo)通，C1通過(guò)R5放電，DIS下降。當(dāng)DIS<EQ\F(1,3)VCC時(shí)，又回到高電平觸發(fā)端TH<EQ\F(2,3)VCC，定時(shí)器又置位，放電管截止，C1停止放電而重新充電。如此反復(fù)，形成振蕩波形提供脈沖。公式：Tw1=0.7(R2+R5)C1Tw2=0.7R2C1振蕩周期計(jì)算公式：T=0.7(R2+2R5)C1≈1s電路接線如圖4-2-1圖4-2-1555電路接線圖4.3控制開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)的要求，要實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的暫停、置數(shù)和回秒控制，所以需要設(shè)計(jì)三個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制電路。暫停開(kāi)關(guān)，因?yàn)?55產(chǎn)生秒脈沖全靠給C1充放電產(chǎn)生，所以只需中斷C1的充放電即可，所以在C1的另一端用一個(gè)開(kāi)關(guān)控制接地，這就形成了暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)。暫停開(kāi)關(guān)如圖4-3圖4-3-1暫停開(kāi)關(guān)電路圖置數(shù)開(kāi)關(guān)，將兩個(gè)74LS192的LOAD端連在一起，接上一個(gè)開(kāi)關(guān)，另一端連在VCC上即可。置數(shù)開(kāi)關(guān)如圖4-3-2回秒開(kāi)關(guān)，將十位上的加法UP端與個(gè)位上進(jìn)位輸出端CO相連，個(gè)位上的UP端連一個(gè)開(kāi)關(guān)，另一端接在VCC上即可，開(kāi)關(guān)每開(kāi)閉一個(gè)回一秒。回秒開(kāi)關(guān)如圖4-3-2圖4-3-2置數(shù)開(kāi)關(guān)·回秒開(kāi)關(guān)電路圖4.4報(bào)警電路的設(shè)計(jì)當(dāng)數(shù)碼管顯示00的時(shí)候，即倒計(jì)時(shí)結(jié)束，燈泡和蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警。報(bào)警電路如圖4-4-1。圖4-4-1報(bào)警電路圖4.5整機(jī)工作原理籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器主要是由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、控制電路和報(bào)警電路組成。控制電路直接控制計(jì)數(shù)器啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、暫停后回秒等功能。SW1閉合，74LS192被置數(shù)，顯示電路出現(xiàn)數(shù)字24。啟動(dòng)計(jì)時(shí)。若此時(shí)秒脈沖電路的SW3為斷開(kāi)，則產(chǎn)生連續(xù)秒脈信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器，數(shù)碼管上的數(shù)字就會(huì)自動(dòng)減1，閉合SW3，秒脈沖暫停，計(jì)數(shù)遞減暫停，此時(shí)斷開(kāi)閉合SW2，數(shù)碼管上數(shù)字會(huì)自動(dòng)加1，這就實(shí)現(xiàn)了回秒功能。斷開(kāi)SW3又恢復(fù)計(jì)數(shù)遞減，這就實(shí)現(xiàn)了暫停/連續(xù)功能。在計(jì)數(shù)遞減的同時(shí)，74LS192的4個(gè)輸出端也隨之產(chǎn)生高低電平變化來(lái)控制報(bào)警電路。當(dāng)74LS192的4個(gè)出全為低電平時(shí)，換而言之，就是計(jì)數(shù)到零時(shí)，輸出低電平，從而觸發(fā)燈泡鳴器，產(chǎn)生亮光和警報(bào)聲，達(dá)到了光電報(bào)警的。五總體設(shè)計(jì)電路圖計(jì)時(shí)預(yù)備階段計(jì)時(shí)預(yù)備階段如圖5-1。圖5-1計(jì)時(shí)預(yù)備階段2.計(jì)時(shí)階段計(jì)時(shí)階段如圖5-2所示。圖5-2計(jì)時(shí)階段暫?；孛腚A段暫?；孛腚A段如圖5-3所示。圖5-3暫?；孛腚A段4.電路報(bào)警電路報(bào)警如圖5-4所示。圖5-4電路報(bào)警六硬件調(diào)試實(shí)驗(yàn)室里沒(méi)有足夠的元器件，所以有些元件需要篩減并對(duì)主要電路進(jìn)行了硬件操作驗(yàn)證。下面即為本設(shè)計(jì)的核心部分24s計(jì)數(shù)器及其控制電路的硬件操作在調(diào)試中三個(gè)開(kāi)關(guān)直接用高低電平控制開(kāi)關(guān)來(lái)代替，按電路圖10連接一片74LS192三輸入與非門(mén)有兩輸入與非門(mén)代替并直接輸入1Hz脈沖信號(hào)，由于元件短缺未接報(bào)警電路，但是這比不影響我們對(duì)電路硬件及設(shè)計(jì)主要功能的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)具體現(xiàn)象如下：S1接低電平顯示器顯示9即計(jì)數(shù)器置數(shù)；S2接高電平顯示器顯示00即計(jì)數(shù)器清零，接低電平時(shí)計(jì)數(shù)器正常工作；S1接高電平顯示器由9開(kāi)始頻率1Hz的減法計(jì)數(shù)，最后顯示00停止計(jì)數(shù)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在硬件上能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)核心電路的預(yù)期功能。七設(shè)計(jì)心得這