課程設(shè)計--籃球比賽計時器

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 說 明 書</p><p>　　題 目： 籃球比賽計時器</p><p>　　專 業(yè)： **************</p><p>　　年 級： ******</p><p>　　學(xué) 生： *****</p&g

2、t;<p>　　學(xué) 號： **************</p><p>　　指導(dǎo)教師： ***** </p><p>　　完成日期： **************** </p><p><b>　　籃球比賽計時器設(shè)計</b></p><p>　　摘要

3、：本設(shè)計是對脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用，設(shè)計了籃球競賽24秒和12分鐘倒計時器。此計時器功能齊全，可以直接清零、啟動、暫停和連續(xù)以及具有報警功能，同時應(yīng)用了七段數(shù)碼管來顯示時間。此計時器擁有了啟動、暫停和繼續(xù)的功能，可以方便地實現(xiàn)斷點計時功能，當(dāng)計時器遞減到零時，會發(fā)出報警信號。本設(shè)計完成的中途計時功能，實現(xiàn)了在許多的特定場合進(jìn)行時間追蹤的效果，在社會生活中也具有廣泛的應(yīng)用價值。 此外，設(shè)計出的籃球計時器能夠在我國大部分條件下使用，對于我國

4、籃球事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：計數(shù)器，24秒倒計時，譯碼顯示電路，控制電路，報警電路</p><p>　　Abstract：This design is pulse digital circuit's simple application , design the basketball competition and 24 seconds and 12

5、minutes pour timer, The timer function to be complete, can be directly reset, start, stop and continuous and an alarm function, at the same time, the application of these seven digital tube to display time . The timer ha

6、ve start, stop and continue to function, can be realized breakpoint timing function, when the timer decline to the zero hour, will be issued a warning sign</p><p>　　Keywords:Counter, 12 and 24 seconds the co

7、untdown, Decode show circuit, Control circuit, Alarm circuit目錄</p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計背景1</p><p>　　1.2 設(shè)計概述1</p><p>　　2 總體方案設(shè)計3</p>

8、;<p>　　2.1 方案比較3</p><p>　　2.2 方案論證4</p><p>　　2.3 方案選擇5</p><p>　　3 單元模塊設(shè)計6</p><p>　　3.1 秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計7</p><p>　　3.2 12分倒計數(shù)器的設(shè)計8</p><p&g

9、t;　　3.3 24分倒計數(shù)器的設(shè)計8</p><p>　　3.4譯碼器和顯示器的設(shè)計9</p><p>　　3.5節(jié)次控制電路的設(shè)計10</p><p>　　3.6報警和提示音電路11</p><p>　　3.7時序控制電路.12</p><p>　　3.8 特殊器件介紹12</p><

10、;p>　　3.9 各單元模塊的聯(lián)接17</p><p>　　4 軟件簡介18</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試19</p><p>　　5.1 仿真電路總圖19</p><p>　　5.2 系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置19</p><p>　　5.3 功能調(diào)試20</p><p>　　

11、5.4 調(diào)試結(jié)果分析25</p><p>　　6 系統(tǒng)功能指標(biāo)參數(shù)26</p><p>　　6.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能26</p><p>　　6.2 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試26</p><p><b>　　7 結(jié)論27</b></p><p>　　8 設(shè)計總結(jié)28</p>

12、<p>　　8.1 設(shè)計的收獲體會28</p><p>　　8.2 對設(shè)計的進(jìn)一步完善提出意見或建議28</p><p><b>　　9 致謝29</b></p><p>　　10 參考文獻(xiàn)30</p><p>　　附錄1：系統(tǒng)的仿真總圖31</p><p><b>

13、;　　1 前言</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計背景</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，廣大人民對精神文明的追求也不斷提高。特別是21世紀(jì)以來 ，籃球事業(yè)的迅猛發(fā)展，讓很多人體會到了籃球運動的魅力。為此，在充分理解籃球比賽規(guī)則的基礎(chǔ)上，設(shè)計出簡易的籃球比賽計時器，此籃球計時器簡單，精度高，充分體現(xiàn)了

14、籃球比賽的公平公正，適合國家籃球運動普及和青少年籃球運動的發(fā)展。對我們來說是，這個課題比較適合初學(xué)者設(shè)計。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計概述</b></p><p>　　基于籃球計時器的一些優(yōu)勢如原理簡單，設(shè)計的器件大多為較為常見的器件等。 籃球比賽計時器實際上是一種多功能倒計時裝置，它包括12 min、24 s倒計時，按鍵啟停功能和自動音響提示等。本次課

15、題主要目的是培養(yǎng)我們自主動手設(shè)計能力和解決問題的能力，加強(qiáng)我們對數(shù)字信號、模擬信號的認(rèn)識和運用，讓我們對電子設(shè)計有一定的認(rèn)識。</p><p><b>　　1.2.1設(shè)計目標(biāo)</b></p><p>　　設(shè)計一個包括12min,24s的多功能籃球比賽倒計時裝置基本功能：①籃球比賽上下半場四節(jié)制，每節(jié)12 min，要求能隨時暫停，啟動后繼續(xù)計時，一節(jié)比賽結(jié)束后應(yīng)可清

16、零。②按籃球比賽規(guī)則，進(jìn)攻方有24 s為倒計時。要求進(jìn)攻方得到發(fā)球權(quán)后，必須在24 s內(nèi)完成一次進(jìn)攻，否則將球權(quán)判給對方，因此需要一個具有24 s的倒計時功能。③“分”、“秒”顯示用LED數(shù)碼管，應(yīng)配用相應(yīng)譯碼器。</p><p>　?、苡门ぷ娱_關(guān)控制計時器的啟動／暫停。</p><p><b>　　1.2.2技術(shù)路線</b></p><p&g

17、t;　　要實現(xiàn)該設(shè)計，就應(yīng)把整個電路分為幾大模塊。分別是秒脈沖發(fā)生器模塊，顯示模塊，分計時器模塊，秒計時器模塊，報警模塊，節(jié)次計時器模塊。先通過對各個模塊進(jìn)行設(shè)計、調(diào)試之后再將其組合起來進(jìn)行整機(jī)調(diào)試。</p><p><b>　　1.2.3實施計劃</b></p><p>　　首先就是要理清實現(xiàn)設(shè)計的框圖，在總體框圖的指導(dǎo)下，作出具體的電圖，由要設(shè)計實現(xiàn)的功能，計算出

18、各個電路元件的值，并逐一對各個元件進(jìn)行選擇。最后用仿真軟件對設(shè)計進(jìn)行仿真操作，調(diào)試軟件，并對照出的設(shè)計有誤的地方進(jìn)行必要的修正，確保設(shè)計的正確。</p><p><b>　　1.2.4必備條件</b></p><p>　　要實現(xiàn)該電路的設(shè)計，首要的就是要制定出設(shè)計的實現(xiàn)框圖，并在老師的指導(dǎo)和參照資料的條件下作出具體電路圖，選定實現(xiàn)實現(xiàn)該設(shè)計的各種元器件。另外，還應(yīng)由必

19、要的軟件幫助設(shè)計的完善和校驗。例如本次設(shè)計，我們就用到了protues這一軟件來輔助我們的籃球比賽計時器的設(shè)計和調(diào)試。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計</b></p><p>　　對同一種目的的實現(xiàn)，可以用不同的方案，下面就著重介紹以下兩種方案對同一目的的實現(xiàn)方法。并比較兩種方案的優(yōu)劣。</p><p><b>　　2

20、.1 方案比較</b></p><p><b>　　2.1.1 方案一</b></p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖2.1.1所示:</p><p>　　圖2.1.1 方案一的系統(tǒng)框圖</p><p>　　工作原理簡述：接通電源后，場外裁判將計時器開關(guān)撥到"置數(shù)"狀態(tài)，鎖存器處于禁止?fàn)顟B(tài)，計時

21、顯示器顯示12:00和24數(shù)字。主裁判拋球時，計時開始，若雙方有暫?；蚍敢?guī)，裁判暫停計時，此時計數(shù)被鎖存，暫停結(jié)束，計數(shù)繼續(xù)。此外，24秒進(jìn)攻時間到時，報警提示響起，轉(zhuǎn)而進(jìn)入下一個24秒進(jìn)攻階段，每小節(jié)時間結(jié)束時，報警同樣響起，節(jié)數(shù)增加一。</p><p><b>　　2.1.2方案二</b></p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖2.1.2所示:</p>&

22、lt;p>　　圖2.1.2 方案二的系統(tǒng)框圖</p><p>　　工作原理簡述：接通電源后，場外裁判撥到單節(jié)"置數(shù)"狀態(tài)，使的顯示屏上顯示12:00和24的字樣，當(dāng)主裁拋球，比賽開始，同時計時開始，12分和24秒倒計時，如果在比賽當(dāng)中有犯規(guī)或其他情況需要暫停，裁判按下“暫停”按鈕，時間被鎖存器鎖存，等罰完球或者情況處理完后，按下按鈕，24秒清零，計時繼續(xù)。如果在比賽當(dāng)中出現(xiàn)進(jìn)攻時間超過2

23、4秒。此時警報響起，報警燈提示。如果比賽時間少于24秒，則以比賽時間為準(zhǔn)，忽略進(jìn)攻時間。一旦12分鐘計時結(jié)束，同樣報警提示。當(dāng)下一節(jié)比賽開始，比賽節(jié)數(shù)就加一，直到四節(jié)比賽結(jié)束。</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p><b>　　方案可行性分析：</b></p><p>　　對于方案一不可行，

24、因為缺少幾個重要的計時器的功能；報警聲電路和提示音電路不能用一個電路實現(xiàn)，是因為報警聲是連續(xù)的，因此需要一個單穩(wěn)態(tài)電路和一個多諧震蕩電路。而提示音是間斷的，只需一個多諧震蕩電路即可。并且它們的工作狀態(tài)不同，對其元件的參數(shù)設(shè)置也就不同。至于置數(shù)功能，不能將24秒進(jìn)攻時間結(jié)束后很好的置回到24秒。</p><p>　　對于方案二可行，是在方案一的基礎(chǔ)之上進(jìn)行修改和完善的。實現(xiàn)報警電</p><p&

25、gt;　　路和提示音電路分開，以達(dá)到各自的工作狀態(tài)；使計數(shù)器的功能更加獨立完善，彼此不會產(chǎn)生干擾。另外，更加具有操作性。</p><p><b>　　2.3 方案選擇</b></p><p>　　比較方案一和方案二可以看出，方案二比方案一更加可靠，而且使用到的元器件也都是我們所常用到的一些元件比如：555，CD4511、74LS192以及開關(guān)、電容、電阻、各種門電路等

26、一些我們所學(xué)過，用過的基本器件；從操作行和可行性上說方案二思路清晰，成品的使用方便等優(yōu)勢；從自身的勢力上來說，方案二略顯復(fù)雜一些，但由于本次設(shè)計是第一次將數(shù)字電子電和模擬電子運用于實際的電路設(shè)計中，我們尚未完全的掌握這2門知識，對電路還不能達(dá)到最優(yōu)化的設(shè)計，所以綜合各個方面的因素，我選擇了方案二作為本次課題的主要研究對象，本文也將注重介紹方案二的設(shè)計方法。</p><p><b>　　3 單元模塊設(shè)計

27、</b></p><p>　　本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說明。</p><p>　　3.1 秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計</p><p>　　該部分電路要完成一個功能，也是該設(shè)計的驅(qū)動部分：由集成電路定時器555與RC組成的多諧振

28、蕩器作為時間標(biāo)準(zhǔn)信號源，protues仿真如下：</p><p>　　圖3.1 555多諧振蕩器</p><p>　　用555組成的脈沖產(chǎn)生電路: R1=15*103Ω，R2=68*103Ω，C=10μF，則555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1.43/[(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz。</p><p>　　3.2 12分倒計時器的設(shè)計<

29、/p><p>　　該部分主要由555定時器、十進(jìn)制同步加／減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、CD4511譯碼電路和4個7段數(shù)碼管及相關(guān)電路組成。運用2片可逆計數(shù)器74LS192來構(gòu)成60進(jìn)制的減計數(shù)器。這個計數(shù)器的低位即個位，不需要搭接任何反饋電路而直接運用74LS192芯片的減計數(shù)功能：時鐘脈沖接到DN端，置數(shù)、清零端無效，即可以實現(xiàn)十進(jìn)制的倒計時計數(shù)功能。而最低位的計數(shù)變化應(yīng)當(dāng)與時鐘脈沖的變化同步。所以，原則上

30、應(yīng)當(dāng)將時鐘脈沖直接引到這片192計數(shù)器的減計數(shù)時鐘脈沖輸入端DN。該計數(shù)器的高位即十位，與低位的計數(shù)進(jìn)制不相同。由于時間的分和秒都是60進(jìn)制，所以這里的計數(shù)芯片74LS192必須要接成六進(jìn)制的計數(shù)器。這里，我選用反饋置數(shù)的方法來實現(xiàn)這個功能。</p><p>　　置數(shù)時，輸出的數(shù)是與輸入的數(shù)是一樣的，所以我設(shè)置的數(shù)是5（二進(jìn)制0101），這樣，當(dāng)計數(shù)器從0變到9時，由于進(jìn)行了異步置數(shù)，9就在瞬間變成了5，計數(shù)輸出

31、的結(jié)果就變?yōu)?→5→4→3→2→1→0，實現(xiàn)了六進(jìn)制的功能。</p><p>　　12分鐘倒計時分部分。也是運用兩片可逆計數(shù)器74LS192來構(gòu)成減計數(shù)器。在兩片計數(shù)器的連接上，與秒部分一樣。也是把低位的借位信號作為高位的時鐘脈沖進(jìn)行連接。而低位計數(shù)器的時鐘脈沖則是用秒部分高位計數(shù)器的借位輸出信號來充當(dāng)?shù)摹?lt;/p><p>　　運用以上兩個計數(shù)器組合，就在低位計數(shù)器從0變到9或從0變到5的

32、瞬間，在它的借位輸出端出現(xiàn)一個電平的上升脈沖沿，從而使高位的計數(shù)器倒倒計一個數(shù)，實現(xiàn)倒計時功能，仿真如下：</p><p>　　圖3.2 12分倒計時器</p><p>　　3.3 24秒倒計時器的設(shè)計</p><p>　　24秒計數(shù)器的倒計時功能。用兩片74LS192分別做個位（低位）和十位（高位）的倒計時計數(shù)器，由于本設(shè)計只需要從開始時的“24”倒計到“00

33、”然后停止，所以可以直接運用十進(jìn)制的74LS192進(jìn)行減計數(shù)。因為預(yù)置的數(shù)不是“00”，所以我選用置數(shù)端PL來進(jìn)行預(yù)置數(shù)。低位的借位端TCD輸出低電平用作高位的時鐘脈沖，仿真如下：</p><p>　　圖3.3 24秒倒計時器</p><p>　　3.4 譯碼電路和顯示器的設(shè)計</p><p>　　譯碼電路的功能是將“秒”、“分”計數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相

34、應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有CD4511。CD4511是BCD-7</p><p>　　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LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。若將“秒”、“分”計數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。其特點是，具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，可以直接驅(qū)動LED顯示器。仿真如下

35、：</p><p>　　圖3.4 譯碼器和顯示器的設(shè)計</p><p>　　3.5 節(jié)次電路的設(shè)計</p><p>　　將這四個D觸發(fā)器依次命名為D1、D2、D3、D4。四個D觸發(fā)器級連，前一個輸出送入下一個輸入，用一個共同的時鐘脈沖，形成同步動作。為了保證每次輸出只有一位是高電平，用個或門把Q2、Q3進(jìn)行或運算后，送入或非門與Q1進(jìn)行運算后送回D1。</

36、p><p>　　當(dāng)電源剛接通、開關(guān)G沒有接地，整個計時系統(tǒng)沒有進(jìn)行工作，Q1-Q4為低電平（0000狀態(tài)），D=1，四個LED都不亮。合上G，接高電平，這樣，當(dāng)G接通時就有了一個電平的上升沿跳變，Q1=D1=1；1000狀態(tài)，LED1亮，指示第一節(jié)比賽。電路進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)，倒計時電路重置一次，該電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換一次，實現(xiàn)節(jié)次自動指示，仿真如下：</p><p>　　圖3.5 節(jié)次顯示器</p

37、><p>　　3.6 報警和提示音電路</p><p>　　報警電路和提示音電路，都是由555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器來實現(xiàn)的，共需6個電容，4個電阻，2片555芯片，和兩個蜂鳴器。555的6、7管腳連接構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，555的2、6管腳連接構(gòu)成多諧振蕩起。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的2管腳輸入為低電平時，則其3管腳輸入出為高電平，高電平持持續(xù)時間Tw=1.1RC。當(dāng)Tw結(jié)束，則3管腳又變?yōu)榈碗娖健?/p>

38、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的3管腳連接多諧振蕩器的4管腳復(fù)位端，且是低電平有效，用來控制多諧振蕩器的3</p><p>　　管腳輸出是否為低電平。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器還處于Tw時間段時，則多諧振蕩器4管腳無效，3管腳輸出為高，蜂鳴器響動。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器還處于Tw結(jié)束后，則多諧振蕩器輸出為低，多諧振蕩器4管腳有效，3管腳輸出為低，蜂鳴器停止響動。仿真如下：</p><p>　　圖3.6 報警電路</p&

39、gt;<p>　　3.7 時序控制電路</p><p>　　時序控制電路時用來將各個模塊聯(lián)系起來的樞紐，本設(shè)計的時序控制電路用到了4個非門，兩個2輸入的與門，兩個3輸入的與門，1個異或門和一個單穩(wěn)態(tài)電路。單穩(wěn)態(tài)電路用到了1個電阻和兩個電容，1個555芯片，如圖3-7（d），其輸出脈寬,通常R取值在幾百歐至幾兆歐之間，電容取值為幾百皮法到幾百微法，這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可從幾個微秒到幾分鐘，本設(shè)計為了

40、減小本身時序控制的延遲時間，選用C2=4.7Uf,C3=0.01Uf,R10=1K。</p><p>　　3.8 特殊器件介紹</p><p>　　3.8.1計數(shù)器74LS192</p><p>　　Protues中計數(shù)器74LS192元件符號如圖3.8.1.1。192的清除端是異步的，當(dāng)清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功

41、能。192 的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（PL）為低電平時，不管時鐘CP</p><p>　　的狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（D0～D3）相一致的狀態(tài)。192 的計數(shù)是同步的，靠UP、DN同時加在4 個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在UP、DN作用下Q0～Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用UP或DN ，此時另一個時鐘應(yīng)為高電平。當(dāng)計數(shù)上溢出時，進(jìn)位輸出

42、端（TCU）輸出一個低電平脈沖，其寬度為UP低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計數(shù)下溢出時，借位輸出端（TCD）輸出一個低電平脈沖，其寬度為DN低電平部分的低電平脈沖。當(dāng)把TCD和TCU分別連接后一級的DN和UP，即可進(jìn)行級聯(lián)。</p><p>　　雙列直插封裝引出端符號如圖：TCDWN 錯位輸出端（低電平有效），TCUP 進(jìn)位輸出端（低電平有效），CNTDWN 減計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效），CNTUP加計數(shù)時鐘輸入端

43、（上升沿有效），MR 異步清除端，P0～P3 并行數(shù)據(jù)輸入端PL，異步并行置入控制端（低電平有效），Q0～Q3 輸出端極限值。</p><p>　　圖3.8.1.1 74ls192元件符號 圖3.8.1.2 74LS192引腳</p><p>　　3.8.2 BCD碼7段譯碼器CD4511</p><p>　　如下圖

44、3.8.2(b)所示，該圖為BCD碼七段譯驅(qū)動器及數(shù)碼顯示器。.A、B、C、D為BCD碼輸入端QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG為譯碼輸出端,輸出 “1”有效,用來驅(qū)動共陰極 LED數(shù)碼管。當(dāng)有輸入信號輸入時，對應(yīng)的輸出端輸出高電平“1”，此時數(shù)碼顯示器相對應(yīng)的端腳接受到信號，從而使對應(yīng)的</p><p>　　燈管亮起，顯示對應(yīng)的數(shù)字。LT為測試輸入端,=”0”時,譯碼輸出全為”1”。 為消隱輸入端,=”0

45、”時,譯碼輸出全為”0”，即七段顯示器處于消隱狀態(tài)。LE為鎖定端，LE=“1”時譯碼器處于鎖定狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE=0時的數(shù)值，LE=0時正常譯碼。</p><p>　　圖3.8.2(a) CD4511元件符號 圖3.8.2.2 CD4511引腳圖</p><p>　　3.8.3 555時鐘芯片</p><p>　　如圖3.

46、8.3(b)，555電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、放電管和輸出緩沖器5個部分組成。它的各個引腳功能如下：1腳：GND(或Vss)外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5～16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3～18V。一般用5V。|3腳：OUT（或Vo）輸出端。2腳：TR低觸發(fā)端。6腳：TH高觸發(fā)端。4腳：R是直接清零端。當(dāng)R端接低電平，則

47、時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5腳：CO(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。7腳：D放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。電阻分壓器由三個5kΩ的等值電阻串聯(lián)而成。電阻分壓器為比較器C1、C2提供參考電壓，比較器C1的參考電壓為2/3Vcc，加在同相輸入端，

48、比較器C2的參考電壓為1/3Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運放C1、C2組成。高電平觸發(fā)信號</p><p>　　同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器R端的輸入信號；低電平觸發(fā)信號加在C2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器S端的輸入信號。基本RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器C1、C2的輸出端控制。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器C1、C2基準(zhǔn)

49、電壓分別為2/3Vcc、1/3Vcc。</p><p>　　圖3.8.3(a) 555元件符號 3.8.3(b) 555引腳圖</p><p>　　3.8.4 D觸發(fā)器芯片</p><p><b>　　D觸發(fā)器工作原理：</b></p><p>　　主從JK觸發(fā)器是在CP脈沖高

50、電平期間接收信號，如果在CP高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號，那么就有可能使觸發(fā)器產(chǎn)生與邏輯功能表不符合的錯誤狀態(tài)。邊沿觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)可使觸發(fā)器在CP脈沖有效觸發(fā)沿到來前一瞬間接收信號，在有效觸發(fā)沿到來后產(chǎn)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換，這種電路結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器大大提高了抗干擾能力和電路工作的可靠性。下面以維持阻塞D觸發(fā)器為例介紹邊沿觸發(fā)器的工作原理。 維持阻塞式邊沿D觸發(fā)器的邏輯圖和邏輯符號如圖3.8.4所示。該觸發(fā)器由六個與非門組成，其中G1、G2構(gòu)

51、成基本RS觸發(fā)器，G3、G4組成時鐘控制電路，G5、G6組成數(shù)據(jù)輸入電路。和分別是直接置0和直接置1端，有效電平為低電平。分析工作原理時，設(shè)和均為高電平，不影響電路的工作。電路工作過程如下。</p><p>　　3.8.4(a) 邏輯圖 3.8.4(b) 邏輯符號 </p><p>　　3.8.4(c) 元件符號</p>

52、;<p>　　圖3.8.4 維持阻塞型D觸發(fā)器 ① CP=0時，與非門G3和G4封鎖，其輸出為1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時，由于至G5和至G6的反饋信號將這兩個門G5、G6打開，因此可接收輸入信號，使=，==。 ② 當(dāng)CP由0變1時，門G3和G4打開，它們的輸出和的狀態(tài)由G5和G6的輸出狀態(tài)決定。==，==。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，=。 ③ 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時輸入信號被封鎖。G3和G4

53、打開后，它們的輸出和的狀態(tài)是互補(bǔ)的，即必定有一個是0，若為0，則經(jīng)G4輸出至G6輸入的反饋線將G6封鎖，即封鎖了D通往基本RS觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器</p><p>　　維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用，故該反饋線稱為置0維持線，置1</p><p>　　阻塞線。G3為0時，將G4和G5封鎖，D端通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖；G3輸出端至G5反饋線起到使觸發(fā)器維持

54、在1狀態(tài)的作用，稱作置1維持線；G3輸出端至G4輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用，稱為置0阻塞線。因此，該觸發(fā)器稱為維持阻塞觸發(fā)器。 由上述分析可知，維持阻塞D觸發(fā)器在CP脈沖的上升沿產(chǎn)生狀態(tài)變化，觸發(fā)器的次態(tài)取決于CP脈沖上升沿前D端的信號，而在上升沿后，輸入D端的信號變化對觸發(fā)器的輸出狀態(tài)沒有影響。如在CP脈沖的上升沿到來前=0，則在CP脈沖的上升沿到來后，觸發(fā)器置0；如在CP脈沖的上升沿到來前=1，則在</p&g

55、t;<p>　　CP脈沖的上升沿到來后觸發(fā)器置1。維持阻塞觸發(fā)器的邏輯功能表如表9-4所示。表9-4 觸發(fā)器的邏輯功能表 </p><p>　　依據(jù)邏輯功能表可得觸發(fā)器的狀態(tài)方程為 </p><p>　　3.9 各單元模塊的聯(lián)接</p><p><b>　　見附錄1<

56、/b></p><p><b>　　4 軟件簡介</b></p><p>　　Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)

57、應(yīng)用的科技工作者的青睞。具有4大功能模塊： </p><p>　　(a)、智能原理圖設(shè)計（ISIS）豐富的器件庫超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計簡明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙。</p><p>　　(b)、ProS

58、PICE混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5，實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件。 　　</p><p>　　(c)、獨特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、d

59、sPIC33、HC11、等。</p><p>　　(d)、實用的PCB設(shè)計平臺 先進(jìn)的自動布局/布線功能；支持器件的自動/人工布局；支持無網(wǎng)格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設(shè)計更為合理；完整的PCB設(shè)計功能；可以輸出多種格式文件。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　5.1 仿真電路總

60、圖</p><p><b>　　見附錄2所示。</b></p><p>　　5.2系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置</p><p>　　在系統(tǒng)調(diào)試之前，我們需要對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如表5.1所示</p><p><b>　　5.3 功能調(diào)試</b></p><p>　　通過幾天的的理論設(shè)計,

61、 為了驗證對理論應(yīng)用的正確性，選用Protues進(jìn)行仿真，驗證所設(shè)計的電路能否實現(xiàn)清零，啟動，暫停，繼續(xù)，報警，節(jié)數(shù)顯示等功能，以及24秒和24秒的倒計時功能。</p><p>　　5.3.1 秒脈沖發(fā)生器</p><p>　　5.3.1.1 調(diào)試目的</p><p>　　測試秒發(fā)生器是否能夠產(chǎn)生頻率接近1HZ的脈沖。</p><p>　　5

62、.3.1.2 調(diào)試電路，如圖5.3.1(a)</p><p>　　圖5.3.1(a) 邏輯圖555多諧振蕩器</p><p>　　5.3.1.3 調(diào)試結(jié)果，如圖5.3.1(b)</p><p>　　圖 5.3.1(b) 波形（黃色部分）</p><p>　　5.3.2 24秒倒計時</p><p>　　5.3.2.1

63、 調(diào)試目的</p><p>　　調(diào)試24秒倒計時器能否常倒計時。</p><p>　　5.3.2.2 調(diào)試電路，如圖5.3.2</p><p>　　圖5.3.2 24秒倒計時測試電路</p><p>　　5.3.2.3 調(diào)試結(jié)果</p><p>　　能夠完整的從24秒倒數(shù)到00。</p><p&g

64、t;　　5.3.3 12分倒計時器</p><p>　　5.3.3.1 測試目的</p><p>　　檢測12分倒計時器能否正常工作。</p><p>　　5.3.3.2 測試電路 如圖5..3.3</p><p>　　圖5.3.3 12分倒計時器測試電路</p><p>　　5.3.3.3 測試結(jié)果</p

65、><p>　　通過測試電路顯示的結(jié)果可以判斷出該電路工作正常</p><p>　　5.3.4 節(jié)數(shù)計數(shù)單元</p><p>　　5.3.4.1測試目的</p><p>　　檢測比賽節(jié)次電路能否正常計數(shù)顯示。</p><p>　　5.3.4.2測試電路 如圖5.3.4</p><p>　　圖5.3

66、.4 節(jié)次計數(shù)電路</p><p><b>　　.</b></p><p>　　5.3.4.3測試結(jié)果</p><p>　　從左到右分別表示比賽的1、2、3、4節(jié)，測試時led燈分別依次亮起，節(jié)次計數(shù)顯示正常。</p><p>　　5.3.5 籃球比賽計時器置數(shù)功能</p><p>　　5.

67、3.5.1測試目的</p><p>　　通過開關(guān)來控制籃球比賽計時器的置數(shù)，使的比賽開始前調(diào)準(zhǔn)好比賽的總時間和進(jìn)攻時間。</p><p>　　5.3.5.2測試電路，如圖5.3.5</p><p>　　圖5.3.5籃球比賽計時器置數(shù)測試電路</p><p>　　5.3.5.3測試結(jié)果</p><p>　　通過調(diào)試電路的

68、仿真可以清晰的看到置數(shù)功能的正常運轉(zhuǎn)，顯示12:00和24字樣。</p><p>　　5.3.6籃球比賽計時器暫停功能</p><p>　　5.3.6.1測試目的</p><p>　　檢測比賽因犯規(guī)和意外情況遭成的比賽暫停，通過暫停開關(guān)來實現(xiàn)。</p><p>　　5.3.6.2測試電路 ，如圖5.3.6</p><p&g

69、t;　　圖5.3.6 籃球比賽計時器暫停功能測試電路</p><p>　　5.3.6.3測試結(jié)果</p><p>　　開關(guān)后，電路上的計時器停留在11:38和02的位置。</p><p>　　5.3.7籃球比賽計時器報警響音功能</p><p>　　5.3.7.1測試目的</p><p>　　秒計時時間到00時，報警

70、會想起，同時LED燈會亮起，報警是由來兩個555定時器組成，并且通過參數(shù)的調(diào)節(jié)，報警時長為5秒。</p><p>　　5.3.7.2測試電路 如圖5.3.7</p><p>　　圖5.3.7 報警電路</p><p>　　5.3.7.3測試結(jié)果</p><p>　　12分鐘單節(jié)比賽結(jié)束或者24秒倒計到時，報警器響起，報警LED燈亮起。<

71、;/p><p>　　5.4 調(diào)試結(jié)果分析</p><p>　　5.4.1 調(diào)試電路已實現(xiàn)的功能</p><p>　　通過先分步調(diào)試后整體調(diào)試的方法，本設(shè)計實現(xiàn)了籃球比賽計時器要求的主要幾個功能，如置數(shù)，啟動，清零，暫停，繼續(xù)，報警等。</p><p>　　5.4.2 調(diào)試中遇到的問題和此電路的不足</p><p>　　在調(diào)

72、試的過程中遇到了許多的問題，主要是遇到了數(shù)字電路當(dāng)中的競爭冒險現(xiàn)象。由于在設(shè)計各個功能模塊時序電路的缺陷，造成了控制開關(guān)不能同時控制多個模塊。</p><p>　　6 系統(tǒng)功能指標(biāo)參數(shù)</p><p>　　6.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能</p><p>　　時鐘模塊為減計數(shù)提供一個頻率為1Hz的脈沖信號，從而實現(xiàn)計數(shù)器計數(shù)間隔為1秒鐘；計數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達(dá)到能顯

73、示減計數(shù)功能；警模塊是為了實現(xiàn)當(dāng)減計數(shù)到零時發(fā)出光電報警信號；控制模塊主要是為了實現(xiàn)計時器的啟動、直接清零和暫停/連續(xù)功能，其中在直接清零時，由外控制開關(guān)控制譯碼器消隱端，從而可以實現(xiàn)顯示譯碼器滅燈；通過暫停/連續(xù)開關(guān)從而實現(xiàn)斷點計時功能。</p><p>　　6.2 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試</p><p>　　對于本設(shè)計系統(tǒng)的參數(shù)測試，總共分兩步。第一步就是將自己設(shè)計的電路用軟件protues

74、作出具體的線路圖，用protues自帶的檢測功能檢測線路是否連接有誤，直到修改線路至無誤為止。第二步就是將我們的電路的各部分分開進(jìn)行仿真。在對每個部分仿真達(dá)到正確結(jié)果后，然后將各個模塊連接起來進(jìn)行整體測試。</p><p>　　經(jīng)過仿真證明我設(shè)計的籃球比賽計時器大體工作正常。</p><p><b>　　7 結(jié)論</b></p><p>　　

75、該設(shè)計用仿真軟件proteus的驗證了理論分析結(jié)果的正確性。此次課程設(shè)計經(jīng)過為期2周的不懈努力，目前基本達(dá)到了預(yù)期的要求，通過對整個系統(tǒng)的調(diào)試，可得到如下結(jié)論：本設(shè)計是基于籃球比賽的計時器，通過人為操作以及電子線路的控制，達(dá)到計時器啟動、置數(shù)、清零、暫停、繼續(xù)、報警響音等功能。</p><p>　　理解了由555多諧振蕩器作為秒脈沖發(fā)生器應(yīng)用的場合，采用不同的邏輯門來實現(xiàn)電子線路的時序控制，對可逆十進(jìn)制計數(shù)器74

76、LS192，譯碼器CD4511，D觸發(fā)器的認(rèn)識更加深入明確。</p><p>　　不過，這個設(shè)計還是有它的不足之處。首先就是電路設(shè)計有些復(fù)雜，元器件種類有點多，它們會耗費掉一定的電力，另外就是其智能化程度不高，由于電子器件之間的誤差，會造成整個計時的誤差。鑒于是采用仿真軟件仿真的，在理論上是雖然可行，但是在實際工程上需要接受檢驗，由于時間條件的限制就沒有做出實物。</p><p><

77、b>　　8 設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　8.1 設(shè)計的收獲體會</p><p>　　在確定課程設(shè)計題目之后，通過上網(wǎng)和查閱相關(guān)圖書，參考了許多相關(guān)的資料。在設(shè)計中又參考了以前學(xué)過的數(shù)字電子表設(shè)計的原理圖，有了基本的思路。但著手設(shè)計時，又出現(xiàn)了許多未預(yù)料到的問題，例如控制時序電路的設(shè)計，這部分比較關(guān)鍵，會影響到芯片的正常工作，經(jīng)過和同學(xué)的努力思考嘗試以及老師的幫

78、助，基本上解決了這個問題。此外，就是對于十進(jìn)制計數(shù)器74LS192的認(rèn)識，這個芯片是沒有學(xué)過的，但是經(jīng)過自己的上網(wǎng)查找，掌握了這個芯片的邏輯功能和應(yīng)用范圍，主要參數(shù)等，體會到了自學(xué)的味道。另外就是對仿真軟件的認(rèn)識和熟練操作，通過仿真解決了不少工程上的問題，同時也發(fā)現(xiàn)了不少問題，在后來的設(shè)計中一次次被解決，深切感受到最為設(shè)計者必需的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的治學(xué)態(tài)度?？傊@次實驗過程中我受益匪淺，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了動手操作的能力，更讓我體會到實

79、現(xiàn)電路功能的成就感。 </p><p>　　8.2 對設(shè)計的進(jìn)一步完善提出意見或建議</p><p>　　本次設(shè)計還是有許多的不足之處,比如說本次設(shè)計的籃球比賽計時器的功能并不強(qiáng)大，人為控制較多，精確度低等問題.我們在以后可以設(shè)計功能更為強(qiáng)大的籃球比賽計時器,比如說我們可利用單片機(jī)實現(xiàn)籃球比賽計時器的智能操作，只是由于時間以及個人的能力問題我們暫時還難以設(shè)計出這樣的電路,這讓我深深明白要想

80、在設(shè)計方面有所成就，就必須掌握各個方面的知識，融會貫通，充分了解項目的使用功能，確保其可靠性，安全性。</p><p><b>　　9 致謝</b></p><p>　　首先，我要對指導(dǎo)我們完成這次課程設(shè)計的zz老師表示由衷的感謝。zz老師積極負(fù)責(zé)，嚴(yán)謹(jǐn)求實，態(tài)度熱忱、和藹，就是在比較忙的時候，還抽時間，積極指導(dǎo)我們進(jìn)行課程設(shè)計，給我留下了深刻影響。</p&g

81、t;<p>　　在整個設(shè)計過程中，遇到了大大小小的問題。有的問題，通過查閱資料，和同學(xué)探討，自己很好的解決了。然而，仍有部分問題，由于能力有限，解決不了，自然我們想到了我們的指導(dǎo)老師。在中途幾次向老師需求幫助過程中，zz老師不厭其煩的聽取我們的問題，積極引導(dǎo)我們，幫我們分析解決，并且也指出我們在設(shè)計中存在的錯誤和缺陷。更難得可貴的是，當(dāng)遇到難題時，zz老師并不是直接就給我們正確的解決方案，讓我們只食“嗟來之食”。相反，老師

82、會幫我們仔細(xì)分析，提出不同的解決方案和思路，讓我們從不同的方向來攻克難關(guān)。這樣一來，不僅開拓我們的思維，而且極大地的豐富了我們的知識面，使得我們不畏失敗，敢于思考，打破常規(guī)，勇于創(chuàng)新，在整個設(shè)計過程中獲益良多。</p><p>　　可以說，zz老師的指導(dǎo)對于我此次課程設(shè)計的成功起著舉足輕重的作用。通過這次課程設(shè)計，我更加熟悉了課程設(shè)計的主要流程，這對于我在大四的畢業(yè)設(shè)計具有重要的指導(dǎo)作用。除此之外，通過與zz老師

83、的交流學(xué)習(xí)，我從他那也學(xué)到了不少關(guān)于工程設(shè)計方面的知識，這些都是在書本上很難學(xué)到的。</p><p>　　另外，我還要感謝學(xué)校安排的這次課程設(shè)計，為我們熟悉我們的相關(guān)專業(yè)提供了平臺。當(dāng)然，這次課程設(shè)計能取得成功，還少不了我們組的另一個同學(xué)的通力合作。我們倆在此次課程設(shè)計中，分工明確解，共同探討、專研，解決了一個個難題，積極發(fā)揮著個人的聰明與才智，最終才能取得較為滿意的成績。</p><p>

84、;<b>　　10 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光主編．電子技術(shù)基礎(chǔ)--數(shù)字部分．第三版，高等教育出版社，2005</p><p>　　[2] 華成英.電子技術(shù)[M].北京.中央廣播電視大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[3] 徐學(xué)彬.電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書[M]．成都：西華大學(xué)．2011，11</p>

85、<p>　　[4］趙淑范等.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[5］賈更新.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗設(shè)計與仿真[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[6］楊旭東等.實用電子電路精選[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[7］朱清慧等．Proteus教程—電子線路設(shè)計、制版與