課程設(shè)計報告---籃球競賽30s計時器設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務書</b></p><p>　　題 目: 籃球競賽30s計時器設(shè)計</p><p>　　1 要求完成的主要任務:</p><p>　　用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計一臺能顯示30秒的倒計時，要求如下：</p><p>　　1. 具有顯示30s的計時功能；</p>&l

2、t;p>　　2. 設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/繼續(xù)功能；</p><p>　　3. 計時器為30s遞減計時時，其計時間隔為1s；</p><p><b>　　2 時間安排：</b></p><p>　　時間： 第1-12周理論設(shè)計，軟件仿真，第15-18周實驗室焊接、安裝調(diào)試。</p><p&g

3、t;　　地點： 理工樓E604實驗室</p><p>　　學生簽名： 年 月 日</p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p>　　籃球競賽30s計時器設(shè)計</p><p><b>　　摘要3&

4、lt;/b></p><p>　　Abstract4</p><p><b>　　1系統(tǒng)原理框圖5</b></p><p>　　2方案設(shè)計與論證6</p><p>　　2.1時間脈沖產(chǎn)生電路6</p><p>　　2.2時間計數(shù)器電路8</p><p>　　

5、2.3譯碼驅(qū)動及顯示單元電路9</p><p>　　2.4控制電路10</p><p>　　2.5總電路圖11</p><p>　　3仿真結(jié)果及分析12</p><p>　　3.1結(jié)果仿真12</p><p><b>　　3.2時序圖12</b></p><p>

6、;　　3.3測試結(jié)果分析12</p><p><b>　　4心得與體會13</b></p><p><b>　　5參考文獻13</b></p><p>　　附錄1元件清單14</p><p><b>　　附錄2實物圖14</b></p><p>

7、;<b>　　摘 要</b></p><p>　　電子課程設(shè)計是電子技術(shù)學習中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論知識和實踐能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學生能力的一個環(huán)節(jié)。 </p><p>　　在許多領(lǐng)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、還可以用來做時間提醒設(shè)備等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會

8、是何其重要的。</p><p>　　籃球作為一項全民健身項目，已有一定的歷史。在中國，籃球很盛行，籃球比賽也日趨職業(yè)化?；@球比賽中有一項違例時間要用倒計時器，目前多數(shù)采用的是24秒制，但隨著籃球制度的改革將會采用30秒制。該款計時器是在原來的基礎(chǔ)上把24秒制改為30秒制。該計時器要有遞減計時及報警功能。以符合比賽中違例判罰的需要。 </p><p>　　在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不

9、能超過30秒，否則就犯規(guī)了。本課程設(shè)計的“籃球競賽30秒計時器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間30秒限制。一旦球員的持球時間超過了30秒，它自動的報警從而判定此球員的犯規(guī)。 </p><p>　　本設(shè)計主要能完成：顯示30秒倒計時功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時，數(shù)碼管顯示器全部顯示為“0”；計時器為30秒遞減計時其計時間隔為1秒；計時器遞減計時到零時，

10、數(shù)碼顯示器不滅燈，同時發(fā)出光電聲報警信號等。</p><p>　　電路的設(shè)計借助于Multisim 10.0.1仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識，并在Multisim 10.0.1下設(shè)計和進行仿真，得到了預期的結(jié)果。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Electronic course design

11、 of electronic technology is very important in the study of a link, is the theoretical knowledge and practical ability of the unification of a link, is really exercise the students' ability of a link.</p><

12、p>　　In many fields are the timer used widely, such as in sports, timing alarm, the game down the traffic signal lights, and when the traffic lights, traffic lights, control machine, also can be used to do time remind

13、equipment and so on, thus timer in the modern society is how important.</p><p>　　Basketball as a national fitness program already had some history. In China, the very popular basketball, basketball game has

14、become more and more professional. Basketball game is a violation of time to use counter-down, currently most use is 24 seconds is made, but with the reform of the system of basketball will use 30 seconds system. The tim

15、er is in the original basis and 24 seconds system instead of 30 seconds. The timer to have digressive timing and alarm function. To meet the need of unaut</p><p>　　In the basketball game, set the ball player

16、 shall not exceed 30 seconds, time or it's a foul. This course of the design "basketball competition 30 seconds timer", and can be used in the basketball game, used to ball players 30 seconds limit time. On

17、ce the player more than 30 seconds holding time, it automatically alarm and determine the players foul.</p><p>　　This design main can finish: display 30 seconds countdown function; External operation switch

18、system Settings, control the timer directly reset, start, and pause/continuous function; In the direct reset, digital tube display all show is "0"; The timer for 30 seconds, the time interval time diminishing f

19、or 1 second; The timer to the zero hour, diminishing time digital monitor doesn't destroy lamp, also issued photoelectric sound alarming signal.</p><p>　　The design of the circuit by Multisim 10.0.1 simu

20、lation software and digital logic circuit related theory knowledge, and in Multisim 10.0.1 design and simulation under, got the expected results.1系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　30秒計時器的原理框圖如圖1.1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

21、輔助時序控制電路(簡稱控制電路)等五個部分組成。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30秒計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停/繼續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。</p><p><b>　　圖1.1原理框圖</b></p><p>　　為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，在設(shè)計控制電路時，應正確處理各個信號的時序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時，

22、要求計時器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。當啟動開關(guān)閉合時，控制電路應封鎖時鐘信號CP，同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示30s字樣；當啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；當暫停/繼續(xù)開關(guān)撥在暫停位置上時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當暫停/繼續(xù)開關(guān)撥在繼續(xù)時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。另外，外部操作開關(guān)都應采取去抖動措施，以防止機械抖動造成電路工作不穩(wěn)定。</p><p>　　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

23、準，電路采用555集成電路組成的多諧振蕩器構(gòu)成。 譯碼顯示電路用SEVEN_SEG_COM_K共陰數(shù)碼顯示管。報警電路用發(fā)光二極管和蜂鳴器。</p><p><b>　　2方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　2.1時間脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　方案一：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。</p&

24、gt;<p>　　圖 2.1 555與RC組成的多諧振蕩器圖</p><p>　　方案二:振蕩器是計時器的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了計時器計時的準確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時間標準信號。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一時間脈沖信號。</p><p>　　圖 2.2 石英晶體振蕩器圖</p>&l

25、t;p>　　方案三：由集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器。</p><p>　　圖 2.3 門電路組成的多諧振蕩器圖</p><p>　　用555組成的脈沖產(chǎn)生電路: R1=300Ω，R2=3KΩ，C2=220μF ，則555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1.43/[(R1+2*R2)*220*10-6]=0.969Hz,而設(shè)計要求為1Hz,因此其誤差為3.1%,在精度要求不是很高

26、的時候可以使用。</p><p>　　石英晶體振蕩電路:采用的32768晶體振蕩電路,其頻率為32768Hz,然后再經(jīng)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0.7～2KΩ之間;對于CMOS門則常在10～100MΩ之間。</p><p>　　由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期不僅與時間常數(shù)RC有關(guān)，而且還取決于門電路的閾值電壓VTH，由于VTH容易受到溫

27、度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩(wěn)定性較差，只能用于對頻率穩(wěn)定性要求不高的場合。</p><p>　　綜上分析，選擇方案一，由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器能夠作為最經(jīng)濟適用的信號源。</p><p>　　2.2時間計數(shù)器電路</p><p>　　計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進行計數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)

28、行數(shù)字運算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設(shè)計中選用74LS192來實現(xiàn)要求的減法計數(shù)功能。圖2.4是74LS192的管腳圖。</p><p>　　圖2.4 74LS192管腳圖</p><p>　　74LS192具有下述功能：</p><p>　　①異步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。（此功能可實現(xiàn)計數(shù)器的清零）</p><p&

29、gt;　?、诋惒街脭?shù)：MR=0， =0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。</p><p>　?、郾３郑?MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)</p><p>　　④加計數(shù)：CR=0, =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù)</p><p>　　⑤減計數(shù)：CR=0, =1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1

30、Q0按減法規(guī)律計數(shù)</p><p>　　按照課程設(shè)計任務書要求，需要計時30s，并且顯示到1s，因此該設(shè)計中需要用到一個三進制的減法計數(shù)器和一個十進制的減法計數(shù)器。我們可以用二片74LS192來實現(xiàn)這二個計數(shù)器。計數(shù)模塊中的二片計數(shù)器的加計數(shù)器脈沖輸入端都要接高電平，且要將低位片的借位信號加到高位片的減計數(shù)脈沖輸入端。高位片計數(shù)器的借位信號控制報警信號，在進行減計數(shù)時，借位信號一直為高。30秒倒計時計數(shù)電路可以按

31、照圖2.5連接。</p><p>　　圖2.5 30秒倒計時器的計數(shù)電路</p><p>　　2.3譯碼驅(qū)動及顯示單元電路</p><p>　　譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有4511BD。4511BD是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，其輸出是OC門輸出且低電平有效，專用于驅(qū)動L

32、ED七段共陽極顯示數(shù)碼管。由4511BD和LED七段共陽數(shù)碼管組成的一位數(shù)碼顯示電路如圖 2.6 所示。若將計數(shù)器的每位輸出分別接到相應七段譯碼器的輸入端，便可進行不同數(shù)字的顯示。</p><p>　　圖2.6 譯碼及驅(qū)動顯示電路圖</p><p><b>　　2.4 控制電路</b></p><p><b>　　報警電路<

33、/b></p><p>　　任務要求在計時器倒計時在倒計時到0秒時發(fā)出高聲警報和光電報警，因次我們可以將192的輸出端按照下圖連接，當計時到0秒時最高位192的借位BO會由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，蜂鳴器和發(fā)光二極管導通，這樣就產(chǎn)生了報警信號。因此，按照圖2.5也可以使蜂鳴器發(fā)聲報警。</p><p>　　暫停、置位、清零控制電路</p><p>　　暫停/連續(xù)

34、可以通過在將借位信號和暫停/連續(xù)控制信號和時序脈沖信號加到一起相與之后作用到1/10位計數(shù)器減計數(shù)脈沖輸入端，即實現(xiàn)計數(shù)器遞減計數(shù)到零時，顯示器不滅燈。連接電路如圖2.5的“暫停”，當開關(guān)打到低電平時計時器暫停，當開關(guān)打到高電平時計時器正常計時。</p><p>　　啟動置位 可通過192的 異步置數(shù)：MR=0 =0時，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 來使計時器置位啟動。LCAD（即）端的置位功能連接如圖

35、2.5。 </p><p>　　清零 可以通過192的 異步清零：MR=1時，Q3Q2Q1Q0=0000 來使計時器清零。CLR（即MR）端的清零功能的電路連接如圖2.5。</p><p><b>　　2.5總電路圖</b></p><p>　　圖 2.7 電路總圖</p><p><b>　　3仿真結(jié)果及

36、分析</b></p><p>　　仿真結(jié)果和實驗要求是一樣的。</p><p><b>　　3.1結(jié)果仿真</b></p><p><b>　　圖3.1結(jié)果仿真圖</b></p><p><b>　　3.2時序圖</b></p><p>　　

37、圖 3.21秒鐘個位時序圖</p><p><b>　　3.3測試結(jié)果分析</b></p><p>　　經(jīng)測試之后，電路可以實現(xiàn)設(shè)計要求，可以實現(xiàn)倒計時器的基本功能，比如計數(shù)，同時多功能模塊暫停/繼續(xù)計數(shù)功能和歸零報警都可以使用?；诜抡娼Y(jié)果可以認定，此次籃球競賽30s計時器的設(shè)計是成功的。</p><p><b>　　4心得與體會&

38、lt;/b></p><p>　　這次電子電路課程設(shè)計是本專業(yè)的第一次課程設(shè)計，從設(shè)計仿真電路到測試電路芯片再到電路的連接，歷時兩個月，在這次設(shè)計中，我們學到了很多東西，也遇到了很多困難，但是在最后我們成功的做出了30計時器，嘗試到了辛勤付出后得到成功的那份喜悅。</p><p>　　在本次設(shè)計的過程中，遇到了很多困難，比如說開始我們對于很多芯片的功能都是不知道的，于是我們通過上網(wǎng)或

39、者問同學和老師，才慢慢對芯片的功能有了了解，在連接仿真圖的過程中，計時器從計時跳到00時，計數(shù)器不保持，跳到99繼續(xù)計數(shù)，對這個問題分析了很久，最終才發(fā)現(xiàn)是與非門那里有些問題，又如在實物接線的過程中，秒脈沖發(fā)生器一直不成功，檢測了很久才發(fā)現(xiàn)是有兩個引腳短路了，接好后又發(fā)現(xiàn)脈沖并非是一秒，只好拿電阻和電容一次又一次的去試，最終還是調(diào)出了1.16s/s成績，讓我和諶兵都非常高興。</p><p>　　本次設(shè)計學會了很

40、多，包括怎樣怎樣用錫接線，怎樣對出現(xiàn)的問題進行調(diào)試和對許多芯片的了解。也學到做課程設(shè)計必須有耐性，切忌急躁，對于錯誤，我們要有信心和耐性去解決，本次設(shè)計雖然困難很多，包括手都燙傷了，但是最后成功了，感覺一切都很值，也非常有成就感。</p><p><b>　　5參考文獻</b></p><p>　　1 《電子技術(shù)基礎(chǔ)·數(shù)字部分》康華光 主編 高等教育出版社