籃球競賽30秒計時器設(shè)計課程設(shè)計

1、<p>　　課 程 設(shè) 計</p><p><b>　?。ㄕf明書）</b></p><p>　　籃球競賽30秒計時器設(shè)計</p><p>　　班級 / 學(xué)號 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師

2、 </p><p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p>　　課 程 名 稱 數(shù)字邏輯課程設(shè)計 </p><p>　　院（系） 計算機(jī)學(xué)院 專業(yè) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　

3、班級 學(xué)號 姓名 </p><p>　　課程設(shè)計題目 籃球競賽30秒計時器設(shè)計 </p><p>　　課程設(shè)計時間: 2010 年 07 月 15 日 至 2010 年 07 月 24 日</p><p>　　課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：<

4、/p><p><b>　　一、設(shè)計說明</b></p><p>　　在籃球比賽進(jìn)行過程中經(jīng)常需要計時操作，設(shè)計一個用于籃球競賽的30秒計時器。其原理參考框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 籃球競賽30秒計時器原理框圖</p><p><b>　　二、技術(shù)指標(biāo)</b></p>&l

5、t;p>　　1．具有顯示30秒的計時功能。</p><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 / 連續(xù)功能。 </p><p>　　3．計時器為30秒遞減計時器，其計時間隔為1秒 。</p><p>　　4．計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，應(yīng)發(fā)出光電報警信號。三、設(shè)計要求</p><p>　　1．在選

6、擇器件時，應(yīng)考慮成本，要求采用LED顯示。</p><p>　　2．根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。</p><p>　　3．畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。</p><p><b>　　四、實驗要求</b></p><p>　　1．根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路。</p&

7、gt;<p>　　2．進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。</p><p><b>　　五、推薦參考資料</b></p><p>　　1．劉修文主編.實用電子電路設(shè)計制作.[M]北京：中國電力出版社，2005年</p><p>　　2．朱定華主編.電子電路測試與實驗.[M]北京：清華大學(xué)出版社，2004年</p><p&g

8、t;　　3．路勇主編.電子電路實驗及仿真.[M]北京：北方交通大學(xué)出版社，2004年</p><p>　　六、按照要求撰寫課程設(shè)計報告</p><p>　　指導(dǎo)教師 年 月 日</p><p>　　負(fù)責(zé)教師 年 月 日</p>

9、<p>　　學(xué)生簽字 年 月 日</p><p><b>　　成績評定表</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　在籃球比賽中，規(guī)定了一方的持球時間不能超過30秒，否則就被判做犯規(guī)。本課程設(shè)計的“籃球競賽30秒計時器”

10、，就可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間30秒進(jìn)行限制。一旦球員的持球時間超過了30秒，它自動的報警。</p><p>　　這次課設(shè)設(shè)計了一個一個籃球競賽30秒計時器電路。它由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和時序控制電路五個部分組成。當(dāng)計數(shù)器接收到秒脈沖后開始倒記數(shù)，等遞減到0時，發(fā)光二極管亮光報警。通過控制電路來完成計時器的啟動、計數(shù)、暫停/繼續(xù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。本電路用兩個74LS19

11、2芯片構(gòu)成遞減計數(shù)器（30進(jìn)制）；控制電路由74LS00和74LS08構(gòu)成；秒脈沖發(fā)生器由555集成定時器構(gòu)成；兩個數(shù)碼管構(gòu)成顯示電路。</p><p><b>　　方案論證</b></p><p>　　圖1 籃球競賽30秒計時器原理框圖</p><p>　　籃球競賽30秒計時器原理框圖如圖1所示。功能的電路采用模塊化設(shè)計，分別都有各自的功能

12、。</p><p>　　籃球競賽30秒計時器包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路、報警電路等5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，而控制電路控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停／繼續(xù)計數(shù)。當(dāng)啟動置數(shù)開關(guān)時，計數(shù)器完成置數(shù)功能顯示30秒字樣；當(dāng)啟動開關(guān)時，計數(shù)器開始計數(shù)；暫停／繼續(xù)開關(guān)連接到連續(xù)計數(shù)端時，計數(shù)器開始連續(xù)計數(shù)，當(dāng)連接到暫停計數(shù)端時，計數(shù)器暫停計數(shù)。計數(shù)器遞減到

13、零時，發(fā)出光電報警信號。</p><p><b>　　電路設(shè)計</b></p><p>　　(1) 8421BCD碼遞減計數(shù)器模塊電路</p><p>　　本實驗中計數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計，74LS192是十進(jìn)制同步加法/減法計數(shù)器，它采用8421BCD碼二-十進(jìn)制編碼，其功能表如表1所示。</p><

14、p>　　表1 74LS192的功能表</p><p>　　由此看出,當(dāng)LDˊ=1,CR=0,CPD=1時,如果有時鐘脈沖加到CPU端,則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加法計數(shù),當(dāng)計數(shù)到9時,COˊ端輸出進(jìn)位下降沿跳變脈沖；當(dāng)LDˊ=1，CR=0，CPU=1時，如果有時鐘脈沖加到CPD端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到0時，BOˊ端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設(shè)計出三十進(jìn)制減法計數(shù)器，具體電路圖如

15、圖2所示,圖中的Q0-Q7分別接到顯示譯碼器的輸入端，CPD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=（0011000）8421BCD=（30）10，當(dāng)?shù)臀挥嫈?shù)器的借位輸出端BOˊ輸出借位脈沖時，高位計數(shù)器才開始進(jìn)行減法計數(shù)。當(dāng)計數(shù)到高、低位計數(shù)器都為零時，高位計數(shù)器的借位輸出端BOˊ輸出借位脈沖，使置數(shù)端LDˊ=0，則計數(shù)器完成置數(shù)，在CPD端輸入脈沖的作用下，進(jìn)行下一循環(huán)的減法計數(shù)。</p><p>　

16、　圖2 三十進(jìn)制減法計時器</p><p>　　(2) 時鐘信號控制電路</p><p>　　圖3時鐘信號控制電路</p><p>　　圖3是時鐘脈沖信號 CP 的控制電路 ,控制 CP 的放行與停止。當(dāng)定時時間未到時，74LS192的借位輸出信號BO2=1時，則CLK信號受“暫停/繼續(xù)”開關(guān)S2的控制，當(dāng)S2處于“暫?！蔽恢脮r，門U10A輸出0，門U7A關(guān)閉，封鎖

17、CLK信號，計數(shù)器暫停計數(shù)；當(dāng)S2處于“連續(xù)”位置時，門U10A輸出1，門U2A打開，放行CLK信號，計數(shù)器在CLK作用下，繼續(xù)累計計數(shù)。當(dāng)定時時間到時，BO2=0，門U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號，計數(shù)器保持零狀態(tài)不變。從而實現(xiàn)了當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)處于暫停狀態(tài)時，控制電路封鎖計數(shù)脈沖，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示原來的數(shù)，而且保持不變；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)處于連續(xù)狀態(tài)時，計數(shù)器正常計數(shù)，的功能要求。注意，BO2是脈沖信號，只有在CPD保持為低電平才能保

18、持不變。</p><p>　　(3) 秒脈沖信號產(chǎn)生模塊電路</p><p>　　NE555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時器構(gòu)成，其引腳圖如圖4所示。</p><p>　　NE555秒脈沖發(fā)生器的周期與其充電的時間有關(guān)，充電時間由圖11中的電容C1、電阻R1和R2所決定周期的計算公式為：T=Ln2(R1+2R2)×C1。本實驗需要的周期是1s，計算出較為穩(wěn)定

19、的電阻電容值為：R1=15kΩ,R2=68kΩ, C1=10μF,C2=10nF。計算得T=1s。</p><p><b>　　圖4秒脈沖發(fā)生電路</b></p><p>　　(4) 顯示模塊電路</p><p>　　顯示模塊用來顯示計時模塊輸出的即時計時和中途計時結(jié)果。是由七段數(shù)碼管構(gòu)成，計時模塊輸出計時信號通過譯碼器譯碼由數(shù)碼管顯示出來。如

20、圖5所示。</p><p><b>　　圖5顯示譯碼電路</b></p><p><b>　　(5) 光報警模塊</b></p><p>　　當(dāng)計數(shù)器遞減計數(shù)到零 ( 即定時時間到 ) 時 , 控制電路應(yīng)發(fā)出報警信號 , 使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時報警電路工作。如圖6所示。</p><p>　

21、　當(dāng)計數(shù)到零時,兩計數(shù)器借位端輸出多為低（0）,故本設(shè)計將高位片借位反饋到二極管負(fù)極性端,此時+5V電源經(jīng)1k電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報警信號,完成報警功能,而在遞減計數(shù)時,端輸出為高（1）,二極管不報警。</p><p><b>　　+5V</b></p><p><b>　　600Ω</b></p><p><b

22、>　　BO2 </b></p><p><b>　　圖6發(fā)光報警電路</b></p><p><b>　　性能的測試</b></p><p>　　(1) 秒脈沖信號發(fā)生電路的仿真</p><p>　　將秒信號發(fā)生器接到示波器上，如圖6所示。觀察輸出波形，如圖7所示。</p&g

23、t;<p>　　圖6秒脈沖信號發(fā)生器仿真</p><p>　　圖7 秒脈沖信號的波形圖</p><p>　　(2) 30秒置數(shù)仿真測試</p><p>　　啟動S1（低電平）成置數(shù)功能 , LD置為低電平出現(xiàn)30秒字樣 ; 斷開S1（高電平），LD置為高電平，計數(shù)器開始進(jìn)行遞減計數(shù)，如圖8所示。</p><p>　　圖8 30秒

24、置數(shù)仿真測試</p><p>　　(3) 暫停/繼續(xù)仿真測試</p><p>　　當(dāng)暫停/繼續(xù)開關(guān)S2處于暫停位置（低電平）時，控制電路封鎖計數(shù)脈沖，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示原來的數(shù)，而且保持不變，如圖9所示；當(dāng)暫停/繼續(xù)開關(guān)S2處于連續(xù)位置（高電平）時，計數(shù)器正常計數(shù)如圖10所示</p><p><b>　　圖9暫停仿真測試</b></p&

25、gt;<p><b>　　圖10連續(xù)仿真測試</b></p><p>　　(4) 報警電路的仿真</p><p>　　當(dāng)計數(shù)器計到狀態(tài)“00”時，高位片的借位輸出端BO產(chǎn)生低電平借位脈沖信號，由此導(dǎo)通發(fā)光二極管產(chǎn)生光報警信號。</p><p>　　圖11報警電路的仿真</p><p><b>　　

26、五、 結(jié)論</b></p><p>　　根據(jù)實驗結(jié)果，本設(shè)計方案基本完成了設(shè)計的要求，總的來說該方案是十分可行的，電路結(jié)構(gòu)簡單，條理清晰，結(jié)果符合要求。但是由于產(chǎn)生的脈沖信號不易保持以及產(chǎn)生的秒脈沖信號不夠穩(wěn)定和精確的原因還存在著報警時間過短和計數(shù)時間不夠精確的缺陷，可以通過用分頻電路來代替555信號發(fā)生器來產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈沖計時信號，來進(jìn)一步改善電路計時的準(zhǔn)確性；對產(chǎn)生的借位脈沖信號時間過短的原因可以

27、用展寬電路把脈沖擴(kuò)展到足夠?qū)?，使發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光。</p><p><b>　　六、 性價比</b></p><p>　　綜合各種因素來看，該方案所設(shè)計的電路比較經(jīng)濟(jì)實惠。雖然由于該電路中的元氣件價格低廉但電路的總體性能比較穩(wěn)定，效果很好，由此可見該方案的性價比還是很高的，若把該方案所設(shè)計的電路做成實物圖完全可以應(yīng)用到籃球比賽中。</p><p&

28、gt;　　七、 課設(shè)體會及合理化建議</p><p>　　經(jīng)過一段時間的查找資料和思考問題，最終把設(shè)計方案設(shè)計出來了。其中在查找資料的過程中收獲頗豐，在這個過程中使我學(xué)會了如何查找文獻(xiàn)資料并運用到自己的方案中去。經(jīng)過一番深思熟慮后設(shè)計出比較實用的電路圖，然后用仿真軟件進(jìn)行仿真。在仿真的過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，并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，同時也培養(yǎng)了

29、思考問題的習(xí)慣，經(jīng)過一番奮斗后，仿真的結(jié)果符合設(shè)計要求。在連接實物圖的過程中須得步步為營，若是一著不慎連錯了后果是很嚴(yán)重的，不好檢查線路，因此連線時須的小心再小心。經(jīng)過最后的努力，終于把實物圖所產(chǎn)生的結(jié)果與仿真一致。</p><p>　　最終，在自己的不懈努力和老師同學(xué)的幫助下我的課程設(shè)計終于完成了，課設(shè)中充滿了歡笑與淚水，為一小塊的成功而高興，為一時的困難而傷心，但整個過程是快樂的，因為我在過程中得到了鍛煉，動

30、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，使我深刻體會了“一分耕耘一分收獲”的道理，總之我在課程設(shè)計中學(xué)到了許多真是一言難盡。在這里我謝謝老師和同學(xué)們的幫助，謝謝大家。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　劉修文主編.是用電子電路設(shè)計制作.【M】北京：中國電力出版社，2005</p><p>　　朱定華