NBA篮球24S计时器设计与制作

目录1 引言11.1 选题的意义11.2 NBA篮球24S计时器研究现状及发展趋势趋势12 设计任务及系统的设计方案12.1 NBA篮球24S计时器设计的任务12.2系统的设计方案13 系统的硬件设计23.1 元器件的选型23.1.1 555定时器23.1.2 数码管33.1.3 74LS19243.2 硬件电路设计63.2.1 24秒计时电路63.2.2 秒脉冲电路63.2.3 控制开关电路83.2.4 报警电路84系统的仿真结果与调试94.1 系统的仿真结果95 PCB板的制作126 结论13参考文献：14NBA篮球24S计时器设计与制作xxxxxx摘 要：本电路主要由五个模块构成：秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路，主要采用555 作为振荡电路, 由74LS192、74LS48 和七段共阴LED 数码管构成计时显示电路, 具有计时器直控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。当控制电路的置数开关闭合时，在数码管上显示数字24，每当一个秒脉信号输入到计数器时，数码管上的数字就会自动减1，当计时器递减到零时，报警电路发出光电报警信号。关键字：24秒倒计;计数器;控制电路The design and fabrication of NBA24StimerxxxxxAbstract:themain circuitis composed of five modules:a second pulse generator,a counter,decoding display circuit,control circuit andalarm circuit,mainlyusing 555 as theoscillation circuit,by 74LS192,74LS48 and sevensegments LEDdigital tubetime display circuit,timercounterstarts countinghasdirectcontrol,pause /continuous countthe decodingdisplay circuit,thedisplay function ofdirectcontrol circuit.When the control circuitof theload switchis closed,digital tube display in Figure 24,whenasecondpulse signal input to the counter,digitaldigital tube willautomaticallyreduce 1,decreasing to zero when the timer,the alarm circuit to send outthe photoelectricalarm signal.Keywords:24 SecondsCountdownCounter;Control Circuit 1 引言1.1 选题的意义如今篮球比赛在中国越来越受到人们的关注，尤其是被更多的青少年所喜爱。篮球比赛计时器是对比赛过程中所产生的时间、比分等数据进行快速采集记录、加工处理、传递利用的工具。1.2 NBA篮球24S计时器研究现状及发展趋势趋势随着电子技术的飞速发展，社会步入了信息时代，人们的生活水平在逐步提高，因而对电子产品提出了更高的要求。篮球竞赛24秒计时器可用于篮球比赛中对球员持球时间24秒限制。不仅能进行时间追踪，还具有直接清零、启动、暂停、连续以及光电报警功能，同时采用七段数码管来显示时间，可以方便的实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出报警信号。在社会生活中也具有广泛的应用价值。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时系统是一种得分类型的系统。篮球比赛的计时系统由计时器等多种电子设备组成。而且其造价低廉、操作方便且便于携带，适合于学校和小团体作为比赛赛程的计时计分工具。从另一方面说，本设计方便了人们在比赛时的计时计分工作，在某种程度上也促进了篮球赛的开展，既有利于发展篮球这项体育运动，又有利于增强人们的体质。另外参与篮球运动的人多了，也有利于篮球运动员的选拔，对我们国家的篮球事业也具有促进作用。2 设计任务及系统的设计方案2.1 NBA篮球24S计时器设计的任务根据技术指标和已知条件，选择合适的继电器或晶闸管。完成对NBA篮球24S计时器的设计、multisim10仿真与调试，设计该系统可以清零，暂停，计数等功能。2.2系统的设计方案分析设计任务，该系统包括脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等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24秒计时功能，而控制电路其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。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。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24字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关拨在闭合位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停/连续开关拨在断开时，计数器继续递减计数。整体的电路原理框图如图2.1所示控制电路计数器报警电路译码显示秒脉冲发生器图2-1 24秒计时器系统设计框图3 系统的硬件设计3.1 元器件的选型3.1.1 555定时器555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。555定时器引脚图如图3.1所示，内部结构图如图3.2所示。 图3.1 555定时器引脚图图3.2 555内部结构图定时器内部由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个5K的电阻构成，分别给和提供参考电平2/3和1/3。和的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚输入大于2/3时，触发器复位，3脚输出为低电平，放电管T导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3时，触发器置位，3脚输出高电平，放电管截止。4脚是复位端，当4脚接入低电平时，则；正常工作时4接为高电平。5脚为控制端，平时输入2/3作为比较器的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。如果不在5脚外加电压通常接0.01F电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。3.1.2 数码管数码管按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。数码管的各段标注如图3.3所示 图3.3 数码管的各段标注数码管的共阴极与共阳极接线图如图3.4所示。 图3.4数码管的共阴极与共阳极接线图3.1.3 74LS192计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。计数器种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，有同步计数器和异步计数器。根据计数制的不同，分为二进制计数器，十进制计数器和任意进制计数器。根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。还有可预置数和可编程序功能计数器等等。74LS192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，其引脚排列及逻辑符号如图3.5所示图3.5 引脚排列图（左）和逻辑符号图（右）其引脚功能如下所示：LD置数端 CPU加计数端CPD 减计数端 CO非同步进位输出端 BO非同步借位输出端 D0、D1、D2、D3 计数器输入端 Q0、Q1、Q2、Q3 数据输出端 CR清除端 74LS192同步十进制逻辑功能表表3.1所示：输入输出CR LD CPU CPD D3 D2 D1 DOQ3 Q2 Q1 Q01 X X X X X X X0 0 X X d c b a0 1 1 X X X X0 1 1 X X X X0 1 1 1 X X X X0 0 0 0d c b a加计数减计数保持表3.1 74LS192同步十进制逻辑功能表当清除端CR为高电平“1”时，计数器直接清零；CR置低电平则执行其它功能。当CR为低电平，置数端LD也为低电平时，数据直接从置数端D0、D1、D2、D3 置入计数器。 当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端CPD 接高电平，计数脉冲由CPU 输入；在计数脉冲上升沿进行 8421 码十进制加法计数。执行减计数时，加计数端CPU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD 输入.此实验我们用到计数器由两片74LS192 同步十进制可逆计数器构成。利用减计数CR= 0, LD= 0, CPD=1, 实现计数器按8421 码递减进行减计数。利用借位输出端BO 与下一级的CPD 连接, 实现计数器之间的级联。利用预置数LD 端实现异步置数。当CR= 0, 且LD= 0 时, 不管CPU 和CPD 时钟输入端的状态如何, 将使计数器的输出等于并行输入数据, 即Q3Q2Q1Q0= D3D2D1D0。 3.2 硬件电路设计3.2.1 24秒计时电路24秒计时电路如图3.6所示图3.6 24秒计时电路其预置数为N=（00100100）= (24)10。在CD端的输入时钟脉冲作用下，开始递减。只有当低位 TCD 端发出借位脉冲时 , 高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零 , 完成一个计数周期，然后手动置数PL=0, 计数器完成置数 ,再次进入下一循环减计数。3.2.2 秒脉冲电路秒脉冲电路如图3.7所示图3.7 秒脉冲电路根据设计要求，电路需要产生间隔为一秒的时间脉冲，完成正确的计数功能。所以选择NE555定时器来设计此电路。从而产生标准的秒脉冲。NE555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。引脚功能： TH：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，低电平触发端，简称低触发端， CVO：控制电压端，OUT：输出端。DIS：放电端，RES：复位端。555定时器控制功能表如表3.2所示：输 入输 出THRESOUTDISLL导通2/3VCC1/3VCCHH截止1/3VCCH不变不变2/3VCCHL导通表3.2 555定时器控制功能表3.2.3 控制开关电路控制开关电路如图3.8所示 图3.8 控制电路在本次设计中需实现计数器的暂停、复位和启动控制，为了简单，我们只需用一个开关来控制启动和复位功能。启动复位开关和74192的11脚相连即可。在这里，主要介绍暂停/连续开关的设计，因为555产生秒脉冲全靠给C1充放电产生，所以只需中断C1的充放电即可，所以在C1的另一端用一个开关控制接地，这就形成了暂停/连续开关。3.2.4 报警电路根据设计要求，要产生光电报警，我们采用5个或门组成一个选择电路，一个发光二极管产生光亮，一个蜂鸣器发出报警。报警电路如图3.8所示。图3.8 报警电路 图3.9 报警电路产生时或门OR1的输入与高位74LS192的低两位输出端相连，OR2、OR3与低位74LS192输出端相连。当输出端全部为低电平时OR5的输出才为低电平，此时导通发光二极管和蜂鸣器，产生光电报警信号。4系统的仿真结果与调试4.1 系统的仿真结果系统仿真结果如图4.1所示 图4.1 开始置数时系统仿真图上图为篮球计数器启动时置数为24，控制开关J1右边闭合为置数功能。控制开关J2右边闭合为连续功能，计数器继续减法。 图4.2 计数结束时系统仿真图上图为篮球计数器减到零时的仿真图，控制开关J1左边闭合为置零功能，当计数器减到零时，报警电路会出现光电报警现象即LED1发光且蜂鸣器会发出声音。控制开关J2左边闭合为暂停功能，计数器停止减法运算。5 PCB板的制作设计步骤：1 打开Protel99SE,建立一个新的设计数据库2 创建设计数据库后，将新建电路设计文件添加到设计数据库中3 当建立电路文件后，首先打开电路原理图文件，进行编辑4 在设计管理器窗口进入元件管理器，装入元件库5 放置元件，布线，连线6 编辑元件属性（元件名、封装、参数等）7 完成原理图结构后，进行电气规则检查8 生成网络表，网络表文件是原理图与电路板图之间的桥梁9 建立PCB文件，装入网络表10 调整元件位置布局，定义电路板尺寸，最后布线下图为Protel99中的原理图及PCB板6 结论 经过这几个月的设计研究，让我深深地体会到课堂中所学知识的局限性而外面的世界是