篮球30s计时器-肖旭-1341203018

1、课程设计(论文)题 目 名 称 篮球竞赛30s计时器 课 程 名 称 电子技术课程设计 学 生 姓 名 肖 旭 学 号 1341203010 系 、专 业 电气工程系测控技术与仪器 指 导 教 师 刘祥民 、2015年 5 月 22日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业 13测控技术与仪器学生姓名肖旭学 号1341203018题目名称篮球30s计时器课程设计设计时间20155 11-201565课程名称 电子技术课程设计课程编号 121202306设计地点电工电子实验分室创新实验室一、课程设计（论文）目的通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比

2、较，以及单元电路设计计算等环节，及系统电路的构成。进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。二、已知技术参数和条件用中小规模集成芯片设计并制作篮球竞赛30s计时器1、具有显示30s计时功能。2、设置外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动(置数)、暂停/连续。3、在直接清零时，要求数码显示器灭灯。4、计时器为30s递减计时，计时间隔为1s。5、计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。6、秒脉冲由555多谐振荡器给出。三、 任务和要求1. 按学校规定的格式编写设计论

3、文。2. 论文主要内容有：课题名称。设计任务和要求。方案选择与论证。方案的原理框图，系统电路图，以及运行说明；单元电路设计与计算说明；元器件选择和电路参数计算的说明等。用Proteus或其它仿真软件对设计电路仿真调试。对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）胡宴如 主编.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2011年张克农 主编.数字电子技术. 高教出版

4、社出版.第一版.2010年彭介华 主编.电子技术课程设计指导.高教出版社出版.第一版.2002年电子电工实验指导书电子电工实验室可以提供的主要仪器设备：示波器型号规格VP-5220、电子学习机型号规格WL-V、万用表MF10；以及分立元件、或中规模集成芯片。五、进度安排2015年5月 11日- 12日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2015年5月 13日：总体方案设计，方案比较，选定方案；2015年5月14日- 18日：单元电路设计，参数计算，元器件选择，电路图；2015年5月19日20日：系统调试改进2015年5月21日：整理撰写设计论文；2015年5月22日：答辩6、 教研室

5、审批意见教研室主任（签字）： 2015年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 2015年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 肖旭 学 号 1341203018 系 电气工程系 专业班级 13测控技术与仪器 题目名称 篮球竞赛30s计时器 课程名称 数字电子技术基础 一、学生自我总结在为期两周的课程设计中，从对专业知识的几近不熟悉到后期的熟悉并运用是一个艰难的过程。毫无头绪的开始，然后开始设想方案，查阅了多本书籍外加组员相互讨论终于雏形颇具，但是在仿真中又遇到各式各样细节性的问题使得仿真无法继续，课题最有意义的地方便是这一个个细

6、节故障的排除和电路设计的优化，使得设计具有了新的生命，对专业知识的领悟也随着上升一个等级。对于知识点和各个芯片以及电路系统的运用已经更加娴熟，得心应手，对我而言是一个质的飞跃，是一个难得的成长。 感谢老师，感谢同伴！ 学生签名： 肖旭 2015年 5 月 30 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、 表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘要本课程设计为篮球竞赛30s计时器，根据任务要求，

7、通过脉冲发生器以及计数显示等电路系统完成篮球竞赛的30s计时，可以启动与退出，中途暂停与继续，清零从新计时，以及重置30s计时，在倒计时完毕后显示00并发出闪光和鸣叫警报，辅助比赛秩序顺利进行。科技服务于人民，希望更多的设计和奇思妙想能够被创造出来并服务于人民。关键词：30s计时；计数译码；清零灭灯；定时报警目录1 序言12 设计任务及要求13 设计方案14 各个电路的功能分析34.1脉冲发生器34.2计数器64.4控制及警告电路115 电路图126 心得体会12谢辞13参考文献131.序言篮球比赛中除了有总时间倒计时外，为了加快比赛的节奏，新的规则还要求进攻方在30秒内有一次投篮动作，否则视

8、为违例。本人设计了一个篮球比赛计时器，可对比赛总时间和各方每次控球时间计时。该计时器采用按键操作、显示，非常实用。此计时器也可作为其他球类比赛的计时器。2.设计任务及要求（1） 具有显示30s计时功能。（2） 设置外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动和停止功能。（3） 在直接清零时，要求数码显示器灭灯。（4） 计时器为30s递减计时，计时间隔为1s。（5） 计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。（6） 暂停和连续计数功能。当暂停后需要继续计数时，计数器继续累计计数。3.设计方案本设计的核心是一个30s计时器，根据要求要将计时进行实时显示，同时达到设计任务中的清零，

9、置数，报警等各项要求。初时确定课题后，是没有什么头绪的，想法就是通过元器件以秒为单位发出脉冲，并计次显示，如此大致思路。结合目前学习中的知识，定时器，计数器，7段译码器以及7段显示器首先成为选择，翻阅了数电书后，简单绘图大致思路即定型，方案初步可行。细节性的东西再结合往期知识来完成，设计课题大致不会有问题，借此机会加深对各个元器件的了解和运动，来完成课题设计。电路系统应包括几个部分，分别为：脉冲发生器，计数器，译码器，显示电路，控制系统以及报警系统几个主要部分来完成。其中计数显示是电路的核心部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停、连续计数、译码显示电路的显

10、示和灭灯功能。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器显示零。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停、连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停、连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。计数器其设计思路及各电路单元大致如下：启功/关闭鸣叫，闪光电源脉冲发生器清零置数暂停/继续译码器数字显示由基本电源供电，通过对电源的开关选择来达到整个计数工具的开启与关闭。脉冲发生器以秒为单位发出脉冲波信号，并

11、配以开关控制与电源的接触达到脉冲波的暂停与继续。通过计数器进行脉冲计数，并根据计数，自动鸣叫，闪光。通过控制电路，对计数器进行清零和置数控制。计数器的数字信号，通过译码器以及最后的数字显示器，达到计数显示的最终设计目的。4.各个电路的功能分析4.1、脉冲发生器（555定时器） 555定时器是一种中规模集成电路，利用它可以方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。555定时器具有功能强、使用灵活、应用范围广等优点。目前在仪器、仪表和自动化控制中得到了广泛的应用。 555定时器有TTL/COMS型两类，它们的逻辑功能和外部引脚排列完全相同。它是双列直插式组件，它由分压器、电压比较器、基本

12、RS触发器、放电管和输出缓冲级几个基本单元组成。主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。555为8脚时基集成电路，各脚主要功能： 1接地 GND 2低触发端TR 3输出端OUT 4复位端R 5控制电压CV 6高触发端TH 7放电端DC 8电源电压Vcc4.1.1 用555定时器构成多谐振荡器：用555定时器构成多谐振荡器电路如图所示。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通

13、过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,Uo跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,Uo跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。如此循环,振荡不停, 电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲。输出信号Uo的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:tW10.7(R1R2)CtW20.7R2CT0.7(R12R2)C本次设计的核心之一便是555多频振荡器，设计选用555多频振荡器来作为计时器并以1s为周期发出脉冲。其周期计算为：0.7（R1+2R2）C=T=1s=

14、0.7(4.4k+2*5k)100uf得出多频振荡器各辅助器件参数R1=4.4k，R2=5k，C=100uf，连接电路，多频振荡器即脉冲发生器完成。4.1.2 用555定时器构成施密特触发器：用555定时器构成的施密特触发器如图所示。将2管脚和6管脚连在一起作为信号输入端即可。在输入端外接三角波Ui,当Ui上升到2VCC/3时,输出Uo从高电平翻转为低电平；当Ui下降到VCC/3时,输出Uo从低电平翻转为高电平。施密特触发器将输入的三角波整形为矩形波输出。电路的工作波形所示。回差电压电压uVCCVCCVCC。4.1.3 用555定时器构成单稳态触发器：用555定时器构成单稳态触发器电路所示。R

15、、C是定时元件。输入脉冲信号Ui加于2管脚。输入触发信号Ui的有效电平是低电平,当Ui处于高电平时,放电端D导通,uC和Uo均为低电平,电路为稳态。当输入触发信号Ui的下降沿到来时刻,2管脚电位瞬间低于VCC/3,使输出Uo变为高电平,放电端D截止, 电源VCC通过电阻R向电容器C充电,使Uc按指数规律上升,电路为暂稳态。当Uc上升到2VCC/3时,使输出Uo变为低电平,D端导通,电容器C经D端迅速放电,暂态结束,自动恢复到稳态,为下一个触发脉冲的到来作好准备。输出脉宽tW是暂稳态的持续时间为 tW1.1RC此电路要求输入信号的负脉冲宽度一定要小于tW。4.2 计数器（74LS192）计数器是

16、一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。74LS192 为可预置的十进制同步加/减计数器（双时钟），其清除端是异步的。当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能；预置是异步的，当置入控制端（PL）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（P0P3）相一致的状态；计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在4个触发器上而实现。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分

17、别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。 当计数上溢出时，进位输出端（TCU）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPU低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（TCD）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPD低电平部分的低电平脉冲。 当把TCD和TCU分别连接后一级的CPD、CPU，即可进行级联。74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。 CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。引出端符号 TCD 错位输出端（

18、低电平有效）TCU 进位输出端（低电平有效） CPD 减计数时钟输入端（上升沿有效） CPU 加计数时钟输入端（上升沿有效） MR 异步清除端 P0P3 并行数据输入端 PL 异步并行置入控制端（低电平有效） Q0Q3 输出端因其本质即十进制计数器，清零置数减法等功能完善符合设计要求，故选用两片74ls192芯片对脉冲信号进行计数。两片芯片分别计数个位与十位，D端置数端，个位片置数为0，十位片置数为3，即30s倒计时开始。DN端接入555多频振荡器的脉冲信号，UP端接高电平，TCU端空接来达到减法计数的效果。Q端信号输出给译码器进行译码显示。TCD端借位信号接入十位片的DN端进行十位的减法计数

19、，两片相互配合完成两位数30s的计数。两片芯片PL端同接入控制电路置数开关进行控制，两个MR端同接入控制电路清零开关进行清零控制。4.3 译码显示电路（74LS48，7SEG-BCD）用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的BCD码换成 7 段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS48。在数字测量仪表和各种数字系

20、统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动 器和显示器等部分组成，如下图所示。下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。 数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。 数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平

21、面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。 数字显示方式目前以分段式应用最普遍，下图表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示015等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。如前所述，分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。因此，为了使数码管能将数码所代表的数显示出来， 必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段。例如，对于8421码的0011状态，对应的十进制数为3，则译码驱动器应使 a、b、c、d、g各段点亮。即对应

22、于某一组数码，译码器应有确定的几个输出端有信号输出，这是分段式数码管电路的主要特点。74LS48为4线七段译码器/驱动器（BCD输入，有上拉电阻），其输出端（YaYg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极VLED。 当要求输出015时，消隐输入（BI）应为高电平或开路，对于输出为0时还要求脉冲消隐输入（RBI）为高电平或者开路。 当BI为低电平时，不管其它输入端状态如何，YaYg均为低电平。 当RBI和地址端（A0A3）均为低电平，并且灯测试输入端（LT）为高电平时，Ya Yg为低电平，脉冲消隐输出（RBO）也变为低电平。 当BI为高电平或开路时，LT为低电平可使YaYg均为高电平。 48与2

23、48的引出端排列、功能和电特性均相同，差别仅在显示6和9,248所显示的6和9比48多出上杠和下杠。引出端符号： A-D 译码地址输入端 BI/RBO 消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效） LT 灯测试输入端（低电平有效）RBI 脉冲消隐输入端（低电平有效） a-g 段输出将两个芯片的使能端同接入高电平使两组译码显示能够正常运行工作，实时传递计数器的计数信号，达到30s可视计数的效果。4.4 控制及警告电路（启动/停止等） 当计数器74LS192的清零端MR=1有效时，即可实现对电路进行清零；而当清零端无效，置数端PL=0有效时，即可实现对电路的置数；通过开关对555脉冲发生器输

24、入端电源的进行控制，即可实现对整个电路进行暂停计时，为减小开关按键产生的机械抖动对计时电路的影响，应接一RS锁存器；当十位计数器74LS192的借位输出端有效时，即可实现报警。具体实施如下：启动/停止：通过对电源的控制，进行电路总启动停止的控制。暂停/继续：通过对555多频振荡器的电源控制，达到对脉冲的暂停/继续控制。清零：通过按钮开关将两片计数器MR清零端接入高电平达到清零效果。置数：通过单刀双掷开关，将两片计数器的PL置数端接地达到低电平清零的效果。警报：即鸣叫，闪光，归零。当TCD输出借位信号，即表示计数完毕，为使示数停留00并发出警报，接入一jk锁存器，锁存TCD借位信号并将JK端高电平信号传达至MR端达到清零效果以及LED/喇叭端达到闪光鸣叫的报警效果，并通过JK锁存器的翻转效果，似的Q和Q非两输出端电平的恢复为下一次计数警报做准备，通过按钮开关的清零效果也可以达到翻转jk锁存器为下次警报做准备的效果。5.电路总图6.心得体会在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自