篮球竞赛30S倒计时.doc

南昌航空大学课程设计电子课程设计报告题目名称： 篮球竞赛30S计时器 姓名： 专 业： 班级学号： 同 组 人 ： 指导教师： 南昌航空大学电子信息工程学院2013 年 1 月 15日 电 子 课程设计任务书20 12 20 13 学年 第 1 学期 第 19 周 20 周 题目篮球竞赛30S计时器内容及要求基本要求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。主要参考元器件NE555(1)，74ls161(1)，74LSl92(2)进度安排1. 仿真、领元器件：2天2. 制作、焊接：1天3. 调试：2天4. 验收：0.5天5. 提交报告：2012-2013学年第一学期19-20周学生姓名： 指导时间：第1920周指导地点：综合实验楼南509室任务下达2013年1月 7 日任务完成2013年1月18 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师系（部）主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。摘 要本课题采用的是基于74LS192的双时钟加、减同步可逆计数器来实现倒计时功能。此计时器不仅具有倒计时功能，还具有置数、暂停、继续、清零的功能，非常适合于现在的篮球比赛。篮球30s计时器是由脉冲产生电路、计时电路、译码显示电路、报警电路、控制电路构成。脉冲产生电路是由555定时器组成的多谐振荡器构成；计时电路采用74LS192倒计数功能；译码显示电路通过74LS248芯片进行译码并驱动数码管显示；报警电路是由蜂鸣器、发光二极管、74LS04非门、74LS10与非门等组成；控制电路是由单刀双掷开关，轻触开关构成。借助Multisim仿真软件对脉冲产生电路、计时电路、译码显示电路、报警电路进行了性能与功能仿真，通过仿真分析验证了设计的正确性，达到了设计的预期目的。关键词：555定时器；计时电路；蜂鸣器目 录摘 要1第一章 设计基本要求及方案选择41.1 基本要求41.2 方案选择4第二章 系统组成及其工作原理 单元电路设计62.1 系统组成及其工作原理62.2 各部分电路分析72.2.1 脉冲信号发生器72.2.2 同步十进制计数器72.2.3 控制电路8第三章 调试及测试结果分析103.1 实验调试103.2 测试结果分析10结 论11致 谢12参考文献13附录 1：总设计电路图14附录2：电路元件清单15前 言篮球活动在中国很盛行，比赛也日趋职业化，为保证比赛的公正性，则需要一个精准的计时器来计时。在篮球比赛中，要求球员持球不得超过规定时间否则就会违例而罚球，这就需要一个能够倒计时，并且在特殊情况需要下回调时间的计时器。本课题所设计的计数器具有暂停/继续、置数、时间回调等功能，能够很好地满足比赛对计时器的要求。本设计主要能完成：显示30秒倒计时功能；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秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。 第一章 设计基本要求及方案选择1.1 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递减计时，计时间隔为1S5)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1.2 方案选择该系统包括脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序电路和控制电路等5个部分构成。脉冲信号发生电路的方案如下：方案一：用555定时器构成一个多谐振荡器，产生频率为1HZ的方波，为电路提供芯片工作的脉冲信号，其电路图1.1所示图1.1 555构成的脉冲发生器方案二：脉冲信号发生电路由14位二进制串行计数器/分频器和振荡器CD4060、BCD同步加法计数器CD4518构成的秒信号发生器。电路中利用CD4060组成两部分电路。一部分是14级分频器，其最高分频数为16384；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768Hz的振荡器。震荡器输出经14级分频后在输出端Q14上得到1/2秒脉冲并送入由1/2 CD4518构成的二分频器，分频后在输出断Q1上得到秒基准脉冲。方案选择：两种方案都可以产生要求的脉冲波形，但是方案二中用CD4060和分频器构成的基准秒脉冲发生电路较于基于555定时器构成的多谐振荡脉冲波形电路明显要复杂很多，而且用555定时器构成电路简单、经济、易于实现，而且555定时器的比较器灵敏度高、输出驱动电流大、功能灵活，因而在电子电路中获得广泛应用，所以方案一是最佳选择。第二章 系统的工作原理及其单元电路的设计2.1 系统组成及其工作原理篮球竞赛30S倒计时系统主要有脉冲发生电路、计数电路、数码显示电路、报警电路和控制电路组成，其中，计数器和控制电路是系统的主要部分，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、译码显示电路的显示和灭灯功能以及工作时间的调节。其系统框图如图2.1所示：脉冲发生器计数器数码显示译码器报警电路控制电路 图2.1 系统设计框图其工作原理：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为1 S的方波脉冲，将该方波脉冲送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端，再通过译码器74LS248把输入的8421BCD码经过内部和电路“翻译”成七段（a,b,c,d,e,f,g）输出，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。当启动开关闭合时，控制电路封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“30”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；暂停、连续，通过用一个单刀双掷开关将减数位端分别在高电平和脉冲信号之间进行切换，即实现计数器递减计数暂停/连续功能，当开关打到高电平时计时器暂停，当开关打到脉冲信号时计时器正常计时；当计数器递减计数到零时，报警电路发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。 2.2 各部分电路分析2.2.1 脉冲信号发生器8 476 555 321 5R1R2ucC+VCCuo0.01Ftuo0tw2tw1tuc0T（a）5555555（b）图2.2 555构成的振荡电路及即波形用555定时器构成多谐振荡器电路如图2.2(a)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,其波形如图2.2(b)所示。 输出信号uo的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:2.2.2 同步十进制计数器计数器是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，功能表如表2.1：表2.1 74LS192功能表输入输出CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01O00000dcbadcba0111保持011加计数011减计数表中CR是清零端，LD是置数端，CPU是加计数时钟输入端，CPD是减计数时钟输入端，D3D2D1DO都是计数器预置数输入端，Q3Q2Q1Q0都是数据输出端，另外，C0是非同步进位输出端，BO是非同步借位端输出端。2.2.3 控制电路 完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/继续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。控制电路具有暂停、置位、清零、位数调整的功能：(1)、操作“清零”开关，要求计数器清零。即仿真图中将开关接上5V电源得到(2)、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。 (3)、暂停/连续：通过用一个单刀双掷开关将减数位端分别在高电平和脉冲信号之间进行切换，即实现计数器递减计数暂停/连续功能。当开关打到高电平时计时器暂停，当开关打到脉冲信号时计时器正常计时。(4)、当计数器递减计数到零时，报警电路发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路工作(5)、置数：可以通过接一个轻触开关将置数端分别在高低电平之间切换，轻触开关的作用是当用手指按上此开关，便可将置数端与地相连，以达到置数目的，当放开手指，开关便弹回将置数端接高电平，但在计数开始前先置数，这样便可达到计数目的。第三章 调试及测试结果分析Multism11是加拿大Interactive Image Technologiea公司2010年推出的multism最新版，是该公司电子线路仿真软件EWB(Electronics Workbench，虚拟电子工作台)的升级版。Multism11用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电子仪器和仪表，实现了“软件及元器件”和“软件即仪器”。3.1 实验调试仿真成功后，取得仿真图，而后依据其进行电路连接。 在该次课设中，方案换过蛮多次。究其原因，是因为未对要求进行充分细致的理解。仿真过程中开始是不出结果，后改了一下，仿真成功了，很是高兴。而在实验具体操作过程中，线路连接了很多遍，而期待中的就是不出现。第一次连线还比较好，只是30S倒计时跑的比较快，虽然要求还未全达到。不知其是碰巧还是什么原因。后来多次连接，就是不出结果。让人心浮气躁。也许连接线路是一次性连接，没有仔细分析流程检查线路所导致。 后来更换了一个实验箱，把各芯片全部细致的检查了一下，都是好的。然后按照重新仿真的线路图，也即是你看到的附录全图。先连接555振荡器，测试其脉冲波正常，但走的比较快。根据求频率公式，计算了一下。由于没有10 uf的电容，因而用两个22uf的电容串联所代替，结果比较满意。接着连接好两片74LS192和四段共阴极显示系统，把信号接入，30S倒计时正常，一大步工作完成了。 然后，接入控制电路和报警电路。先是清零电路，再是启动电路，达到了效果。而后接入报警电路，暂停连续电路，完成3.2 测试结果分析将清零开关由接地连到+5V电源，即是两片74LS192用导线引出14CLR接到+5V电源，达到清零LED灯亮报警的效果。由两片74LS192用导线引出11LOAD接地，即闭合启动开关，四段显示系统由00变为30，再断开启动开关，开始30S倒计时。 该过程中，断开连续开关，闭合暂停开关，计时停止；断开暂停开关，闭合连续开关，则计时继续。到零时，LED灯亮。直到按下启动开关，灯才熄灭。 电路的关键是两片74LS192线路的连接，以控制30S倒计时。而后是控制电路的接入。 该实验较好的完成了要求和达到了所要的效果。结 论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身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力和团队精神也增强了我其它方面的能力。在设计中，我充分应用我们所学的知识，例如：集成电路74LS系列、整定时器555等元件的应用。这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了我的实际操作能力。在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。这次设计所用的的工具是protel99 SE、EWB,由于接触过这两个软件，所以画图和仿真就比较方便，使设计的质量得到了保证。课程设计提高我的综合动手能力和工程设计能力，它使我的理论知识得到了综合应用，培养我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。课程设计的自主设计、学习和研究过程中，通过写课程设计的总结报告，初步训练我的书面表达能力。组织逻辑能力，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步发展帮助较大。同时也加强了对课本知识的理解，使我们做到理论和与实