课程设计（论文）-篮球竞赛30秒计时电路设计.doc

综合实践训练二电气13-5班 班级 姓名 学号篮球竞赛30秒计时电路设计摘 要随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活不可缺少的一部分，特别是在各种竞技运动中，计时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。要实现30秒计时的功能，必须要有一个脉冲，本设计是以555构成震荡电路，再通过74ls192分频来产生周期为1秒的脉冲。计数部分用74ls192芯片来实现，192芯片是8421码计时的，符合30秒读数的需要。显示部分采用四角共阴数码管，该电路简单，无需用到晶振，芯片都是市场上容易购得的。设计功能完善，能实现直接清零、启动和暂停/连续计时，还具有报警功能。关键词：计时 ； 译码显示； 光电报警 目 录1 引言12 设计任务及要求 22.1篮球竞赛30秒计时器（基本要求）22.2设计任务及目标2 3 电路设计原理与设计电路33.1 设计原理33.2设计方案33.3.1时钟模块43.3.2 控制电路73.3.3报警电路模块74 电路仿真、安装与调试94.1 电路仿真95 结论10参考文献10篮球竞赛30秒计时电路设计 1引 言随着科学技术与计算机应用的不断发展，在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。篮球作为一项全民健身项目，已有一定的历史。在中国，篮球很盛行，篮球比赛也日趋职业化。篮球比赛中有一项违例时间要用计时器，目前多数采用的是24秒制，但随着篮球制度的改革将会采用30秒制。有需要就会有市场，因此设计一款30秒计时器是非常有必要也非常有前景的。该款计时器是在原来的基础上把24秒制改为30秒制。该计时器要有递加计时及报警功能。因此符合比赛中违例判罚的需要。 在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒限制。一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。 本设计主要能完成：显示30秒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯；计时器为30秒递加计时其计时间隔为1秒；计时器递加计时到30时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。 2 设计任务及要求2.1篮球竞赛30秒计时器（基本要求）（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，启动和暂停/连续功能；（3)在直接清零时，要求数码显示器灭灯； （4)计时器为30s递加计时，计时间隔为1s；（5)计时器递加计时到30时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。2.2设计任务及目标：（1） 根据给出的电路原理图分析各单元电路的功能；（2） 熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；（3） 写出完整、详细的课程设计报告。3 电路设计原理与设计电路3.1 设计原理分析设计任务，该系统包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路5个部分构成。其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30秒计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的清零，启动和暂停/连续功能、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能。为满足设计要求，设计控制电路及控制开关时，应该正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。30s计时器的方框图如下图1所示。它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路、控制电路五部分组成。该设计中用发光二极管来代替报警电路，二极管发光即代表报警。整体原理框图如下图3-1所示： 图3-1 工作原理框图 3.2设计方案 用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为50hz的脉冲，即输出周期为0.02秒的方波，再将该脉冲信号加到由74ls192分频经过两次5分频和10分频即构成周期为0.02*5*10=1秒，接着将该信号送到计数器74ls192的up加计数脉冲端,再通过输出接到doc-hex共阴数码管显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能，光电报警用发光二极管来代替，灯亮代表报警，这是方案一。也可以用555构成的多谐振荡器直接产生频率为1hz的秒脉冲，这是方案二。由于两个方案的原理基本相同，且实现的功能也相同，为了确保输出的脉冲的稳定，这里采用第一种方案。以下所述均针对方案一。 图3-2 篮球30秒计时计时器电路图3.3.1 时钟模块本设计采用555构成的多谐振荡电路（即脉冲产生电路），其内部管脚图如下图3.通过计算可以确定参数的取值：r1=18.04k，r2=1.443m,c=10nf,cf=10nf.因此产生的脉冲周期为：t=0.69(r1+2r2)c=0.02s,之后经过74ls192 5分频和10分频，使得74ls192输出的脉冲周期为1s. 图3-3 脉冲产生电路 芯片ne55ne555是时基集成电路，它在应用和工作方式上一般可归纳为3类。每类工作方式又有很多个不同的电路。在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。下图是ne555的内部功能原理框图和内部管脚图。图3-4 ne555内部管脚图 （2）芯片74ls192计数器选用汇总规模集成电路74ls192进行设计比较简便。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。电路图见图3-5 图3-5计数模块计数电路由两片74ls192来构成。由于是做30s计时电路，所以计数cp脉冲应从up端输入，其中上片74ls192置为0000，下片74ls192置为0000，即为十进制的30.它的计数原理是：只有当低位bo端发出借位脉冲时，高位计数器才作递加计数。当高、低位计数器分别0011 0000时，计时器被保持，此时报警。通过复位计数器再次进入下一次循环加计数。（1）芯片74ls19274ls192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能.q3 q2 q1 q074ls192d3 d2 d1 d0 crcpucpd ld（a）（b）74ls19212345678161514131211109vcc d0 cr bo co ld d2 d3d1 q1 q0 cpd cpu q2 q3 gnd图3-8 74ls192管脚图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。3.3.2 控制电路 设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能。 在本设计中起暂停/连续作用，当启动开关闭合后，计数器进行递加计数。若闭合暂停开关，则计数暂停，控制电路封锁时钟脉冲信号cp，显示器上保持原来的数不变，当开关断开，计数器继续累计计数。 开关清零在电路中起到了控制计数器的直接清零，同时数码显示器灭灯的功能。当开关闭合与地连接时，计数器直接清零，同时数码显示器灯灭。且当计数器递加计数到零时（即定时时间到），控制电路发出报警信号，本设计中采用发光二极管代替报警器，所以发光二极管灯亮代表报警信号。 当计数到零时，两计数器clr端为高电位，该设计中将高位片借位端通过反向和与门反馈到二极管的正端，此时使二极管发光（光电报警信号），完成报警功能。3.3.3 报警电路模块当计时器递加计时到30时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。完成报警功能，同时也将借位信号反馈到端，则此时up=1.4 电路仿真、安装与调试4.1电路仿真电路采用multisim2012软件进行仿真,我们在仿真前须明白：在仿真软件上能仿真出结果的设计电路并不代表在实际电路中能得到同样的结果；仿真不出结果的电路也并不代表在实际电路中得不出结果。仿真只是给我们提供一个环境去验证一下自己的设计电路。仿真的基本步骤： 1.用虚拟器件在工作区建立电路； 2.选定元件的模式、参数值及标号； 3.选择分析功能和参数； 4.激活电路进行仿真。仿真前仔细检查电路是否连接好了，芯片的管脚是否接错。确认后即可仿真。 5 结论 本设计包括秒脉冲发生器、计数器、译码与显示电路、报警电路和控制电路（辅助时