课程设计篮球比赛计时器

1、郑州轻工业学院课程设计说明书简易篮球比赛计时器姓 名：陈光院（系）：电气信息工程学院专业班级：电气工程及其自动化 12-01学号:541201020104指导教师：王延峰成 绩：时间： 2014 年02月17日至 2014 年02月21日郑州轻工业学院课程设计（论文）任务书题目简易篮球比赛计时器专业 电气工程及其自动化 12-01 学号 541201020104 姓名 陈光主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1 .阅读相关科技文献。2 .学习protel软件的使用。3 .学会整理和总结设计文档报告。4 .学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求1 .篮球比赛采取四节制，每节 12分钟，

2、要求能够计时。2 .篮球比赛采取进攻 24秒制，要求能够倒数计时。3 .要求时间用数码管表示出来。4 .要求可以手动控制计时，即能够随时暂停，启动后可以继续计数，并且能够对计数进行清零。5 .要求每节结束、全场结束和 24秒结束时能够自动进行声音提示。主要参考资料1 .何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2 .姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3 .王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4 .李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5 .康华光，电子技术基础，高教出版社， 2003完成期限： 201

3、4 年2月21日指导教师签章：专业负责人签章：2014年2月15日1 .计数器概述11.1 篮球竞赛24秒计时器功能 11.2 设计任务及要求错误！未定义书签。1.2.2设计任务及目标 错误！未定义书签。2 .总体设计思路、基本原理错误！未定义书签。2.1 设计思路 错误！未定义书签。2.2 基本原理 32.3 总体设计框图 43 .单元电路设计53.1 秒脉冲发生器的设计 53.2 秒、分倒计时计数器的设计 63.2.1 24 秒倒计时电路 63.2.2 12 分钟倒计时电路设计 73.2.3 译码器和显小器的设计 94 .总设计 105、总结11参考文献12附录 13i简易篮球比赛计时器简

4、易篮球比赛计时器摘要本设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛 24秒和12分钟倒计时器。此 计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有报警功能，同时应用了七 段数码管来显示时间。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时 功能，当计时器递减到零时，会发出报警信号。本设计完成的中途计时功能，实现了在 许多的特定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的应用价值。本电路主要有五个模块构成：秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和 报警电路。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

5、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 电报警与蜂鸣信号。关键词：计数器24秒倒计 译码显示电路 控制电路 报警电路1计数器概述1.1 篮球竞赛24秒计时器功能数字电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，在生活中有着各种各样的应用。因此课程设计是数字电子技术学习中非常重要的一个环节，它将学生的理论知识和 实践能力统一起来，为以后的工作做好准备。在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过 24秒，否则就犯规了。本课程设 计的“篮球竞赛24秒计时器”可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间 24秒限制。一 旦球员的持球时间超

6、过了 24秒，它就自动报警从而判定此球员的犯规。本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛24秒计时器。此计时器功能齐全，有显示24秒倒计时的功能，同时系统设置外部操作开关，控制计时器的直 接清零、启动、暂停、连续功能。而在直接清零时，数码管显示器灭灯，计时器为24秒递减计时其计时间间隔为1秒，计时器递减计时到零时，数码管显示器不灭灯，同时 发出光电报警信号。1.2 设计任务及要求1.2.1 基本要求(1)篮球比赛上下半场四节制，每节 12 min,要求能随时暂停，启动后继续计时， 一节比赛结束后应可清零。(2)按篮球比赛规则，进攻方有24 s为倒计时。要求进攻方得到发球权后，必须 在

7、24 s内完成一次进攻，否则将球权判给对方，因此需要一个具有 24 s的倒计时功能(3) “分”、“秒”显示用led数码管，应配用相应译码器。(4)用扭子开关控制计时器的启动/暂停。(5) 24s计时时间到、每节结束和全场结束能自动音响提示。1.2.2设计任务及目标(1)根据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)进行电路的装接、调试、直到电路能达到规定的设计要求；(4)写出完整、详细的课程设计报告。182总体设计思路、基本原理2.1 设计思路篮球比赛计时器的主要功能包括：12分钟倒计时、进攻方24秒倒计时计时暂停，重新开启和结束警报提示。该计时系统由

8、以下四个电路模块组成：1秒时基产生器：这部分利用32.768khz需要通过分频器，最终产生1赫兹的电信号， 驱动整个电路的运作。这一模块主要是利用cd4060f口 cd4027勺锁存和分频功能来实现。12分钟倒计时：这部分电路完成12分钟倒计时的功能，比赛准备开始时，屏幕上显 示12: 00字样。当比赛开始时，倒计时从12: 00开始逐秒递减到00: 00。这一模块主 要利用双向计数器74ls192的减计数功能来实现。攻方24秒倒计时：这部分电路与12分钟倒计时功能类似，当比赛准备开始时，屏 幕上显示24秒字样，当比赛开始后，倒计时从24逐秒倒数到00。这一模块主要也是利 用双向计数器74ls

9、192来实现。节数记次：四个led分别表示四场节次，根据比赛场次的转换，用适当的方法使这 四个led依次自动指示四场节次。警报提示：当两个计数器中任一个计时到零时，bo端出现低电平。通过和二极管作用，发光二极管亮，起到报警作用。2.2 基本原理主体电路：即倒计时部分。包括 12分钟和24秒倒计时。12分钟倒计时的基本原理：比赛处于准备开始阶段，扳动启动开关 g使倒计时计数 器相应的置数或清零端有效，显示设定的时间 12: 00,当主裁判抛起球，比赛开始，扳 动g,倒数计时器开始工作（相应的置数、清零端无效），计时器逐秒进行倒计显示。当有球员犯规，裁判吹哨，整个计时系统的倒计时暂停，这个功能通过

10、暂停开关s截断时钟脉冲的传输来实现。当倒数计时器计数到零时，选取“00: 00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让其与时钟脉冲在与非门中将时钟脉冲截断，从而计时器在 计数到零时停住。24秒计数芯片的置数端和12分的置数、清零端共用一个开关，比赛 开始后，24秒的置数端也无效，24秒的倒数计时器与12分的倒数计时器同时开始进行倒计时，逐秒倒计到零。同样也是选取“ 00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲在与非门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。节次电路：用四个d触发器和适当的组合逻辑电路搭成四位的移位寄存器 ，四个led 分别接在这四个d触发器的输出q上，1

11、2分钟重置时，电路自动移位指示节次。警报提示：为了给出警报提示，可在计数器的输出端用一个普通二极管和 led二极 管。当计数为0时，qo俞出为0, led灯亮起。2.3 总体设计框图总体电路说明：倒计时功能主要是利用192计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换, 以适合分和秒的不同需要。由于该系统特殊的需要，到各计时器到零时，通过停止控制 电路使计数器停止计数并用led发出警报。而节次计数是通过12分钟的重置来实现的3单元电路设计3.1秒脉冲发生器的设计由集成电路定时器555与rc组成的多谐振荡器作为时间标准信号图3-1脉冲发生器参数计算：1.用555组成的脉冲产生电路：r1=15*

12、103qr2=68*103qc=10pf则 555 所产生的月冲的为：f=1.43/(r1+2*r2)*103*10*106=0.947hz,而设计要求为 1hz,因此其误差为5.3%,在精度要求不是很高的时候可以使用.器件特性：555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。集成555定时器有双极性型和cmo型两种产品。一般双极性型产品型号的最后三 位数都

13、是555, cmo型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排 列完全相同。器件电源电压推荐为 4. 512v,最大输出电流200maa内，并能与ttl、 cmo迪辑电平相兼容。555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻 r组成的分压网络，产生13 vc5口% vcc两个基准电压；两个电压比较器c1、c2;一个由与非门g1、g2组成的基本rs触发器（低 电平触发）；放电三极管t和输出反相缓冲器g3vco控制电压端，在vco加入电压，可改变两比较器 c1、c2的参考电压。正常 工作时，要在vcoffi地之间接0. 01 pf （电容量标记为103）电容。放电管tl的输出 端dis

14、为集电极开路输出。根据555定时器的控制功能，可以制成各种不同的脉冲信号 产生与处理电路电路，例如，史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。在此 次设计中，采用多谐振荡器来设计。555 定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通vcc通过电阻r1.r2向电容c充电, 其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3vcc,会使比较器c1输出翻转，输出电压为 零,同时放电管t导通，电容c通过r2放电；当电容电压下降到1/3vcc,比较器c2 工作输出电压变为高电平，c放电终止，vcc通过r1。r2又开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。

15、于是为了产生周期为1秒的脉 冲，可以使ra = 20kc、rb=62kc、c =10口f3.2秒、分倒计时计数器的设计3.2.1 24秒倒计时电路计数器的倒计时功能。用两片 54ls192分别做个位（低位）和十 位（高位）的倒计时计数器，由于 本系统只需要从开始时的“ 24”倒 计到“00”然后停止，所以可以直 接运用十进制的54ls192进行减计 数。一卜s -d 口 p u j匚卜二一.二卜七uis jn n旧 q 口 p 。mc1455eec王feckdgkd图3-2 24秒倒计时电路 cd us.苣 q m中自/ good1a ji因为预置的数不是“ 00”，所以我选用置数端ld来进行

16、预置数。低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲3.2.2 12分钟倒计时电路设计12分钟倒计时秒部分。运用两片可逆计数器54ls192来构 成60进制的减计数 器。这个计数器的低位即个位，不需要搭接任何反馈电路而直接运用54ls192芯片的减计数功能：时钟脉冲接到down端，置数、清零端无效，即可以实现十进制的倒计时计数功能。这个计数器的低位即个位，不需要搭接任何反馈电路而直接运用 74ls192芯片的减 计数功能：时钟脉冲接到down端，置数、清零端无效，即可以实现十进制的倒计时计 数功能。而最低位的计数变化应当与时钟脉冲的变化同步。所以，原则上应当将时钟脉冲直接引到 图3-3 12分钟倒计时

17、电路这片192计数器的减计数时钟脉冲输入端 down。m3cq一- rlaji4.4x |n. 工u15agkd|l-ond8 1自习菖pg号己昌s0cl门- 2口图3-3 12分钟倒计时电路*f二二二: 工i54lsls2fkqa a空茎其自-t该计数器的高位即十位，与低位的计数进制不相同。由于时间的分和秒都是60进制,所以这里的计数芯片54ls192必须要接成六进制的计数器。这里，我选用反馈置数 的方法来实现这个功能。反馈方案一：考虑到74ls192芯片的置数端load是异步置数，并且是低电平有效的，所以我 根据74ls192芯片减计数的特点并综合以上两点特性，就将 74ls192芯片的输

18、出端输 出9时，即仅qd和qa输出为高电平（二进制数1001）。从这两个引脚引出高电平信 号，并通过与非门作用后形成低电平反馈信号，送入74ls192芯片的置数端load使之实现置数动作。反馈方案二：直接从qd引出高电平信号，通过非门作用后形成低电平反馈信号， 送入74ls192 芯片的置数端load使之实现置数动作。（由于方案二和方案一相比，功能相同，连线更为简单和方便，本设计采用方案二。）置数时，输出的数是与输入的数是一样的，所以我设置的数是 5 （二进制0101）, 这样，当计数器从0变到9时，由于进行了异步置数，9就在瞬间变成了 5,计数输出 的结果就变为0一5一4一3一2一 1 一0

19、,实现了六进制的功能。12分钟倒计时分部分。也是运用两片可逆计数器54ls192来构成减计数器。在两片计 数器的连接上，与秒部分一样。也是把低位的借位信号作为高位的时钟脉冲进行连接。 而低位计数器的时钟脉冲则是用秒部分高位计数器的借位输出信号来充当的。运用以上两个计数器组合，就在低位计数器从 0变到9或从0变到5的瞬间，在它 的借位输出端出现一个借位信号，从而使高位的计数器倒倒计一个数。实现倒计时功能。 12分钟倒计时电路如上图所示。图3-4报警电路警报提示就是完成任一计时器计时结束时，系统给出连续的提示音。当电路由“00”到“24”时，下面一个与非门输出低电平，而鸣蜂器的和led1的正极已经

20、接了高电平，故这时由于两端存在电压差，所以鸣蜂器和led1均能正常工作。从而发出报警信号。报警电路如上图所示3.2.3 译码器和显示器的设计译码电路的功能是将“秒”、“分”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。本次驱动led七段数码管的译码器，我选用了 mc14558与led七段共阴极显示数码管 相互连接。节次控制电路的设计:节次控制电路图：图3-5节次控制电路图将这四个d触发器依次命名为d1、d2、d3 d4四个d触发器级连，前一个输出送 入下一个输入，用一个共同的时钟脉冲，形成同步动作。为了保证每次输出只有一位是 高电平，用个或门把q2 q3进行或运算后，送入或非门与 q1进行运算后送

21、回d1。当电源刚接通、开关g没有接地，整个计时系统没有进行工作，q1-q4为低电平（0000 状态），d=1,四个led都不亮。合上g,接高电平，这样，当g接通时就有了一个电平 的上升沿跳变，q1=d1=1 1000状态，led1亮，指示第一节比赛。电路进入循环状态， 倒计时电路重置一次，该电路状态转换一次，实现节次自动指示。4总设计整体电路图:土十卡& - r y 卜.-flf-w -i l .9- *卜 *，ejl n /*emleh5 ;w. c菩产半产9 jo qf q 口 p j “ -七1|hm：mci *3? hdhds 口，二j, q jl目醒&58s皿eifwe: i3站白圭

22、=55eslkavim.图4-1总电路图开关s1为12分倒计时的置数，启动开关。开关 s2为24秒倒计时的清零开关。开 关s3为24秒倒计时的置数启动开关。开关 s4为系统的暂停启动开关。5总结通过此次电子线路课程设计，让我对自己本专业的知识有了更具体的认识，提高了我分析解决问题和与他人合作沟通的能力，我也学到了很多课堂上没有学到的东西， 巩固了理论知识，对集成电路、555定时器等有了更深的理解。除了理论知识的巩固，我还用了绘图软件制作了简易的原理图和pcb版图，在这个过程中我学会了电脑绘制原理图和 pcb版图，随着时代的发展，计算机制图已经非常普 遍，学会计算机制图也对我以后的学习生活和工作

23、有着莫大的好处。最后要感谢王老师对我们的谆谆教导，是王老师给我们提供了理论基础，也给了我 们这样一个学习的机会，在学习过程中我得到了很多同学的帮助，也谢谢同学们的热情 帮助，正是老师和同学们的帮助我才能顺利的完成课程设计并且让我学到了许多东西， 相信这次课程设计的经验会对我以后的课程设计和毕业设计有很大帮助。参考文献【1】电子技术基础数字部分（第四版），康华光、邹寿彬，高等教育出版社，2000 年6月2模拟及数字电子技术实验教程，徐国华，北京航空航天大学出版社，2004年8月31电路与数字逻辑设计实践，王澄非，东南大学出版社，1999年10月41电子电路设计与实践，姚福安，山东科学技术出版社，

24、2001年10月【5】电子综合技能实训教程,徐国华、孙东、王新金，北京航空航天大学出版 社，2010年6月【6】模拟电子技术基础第三版，北京高等教育出版社【7】数字电子技术，第三版，高等教育出版社2008年6月8电子技术基础，康华光，高教出版社，2003年附录附录一：元件清单表1元件名原理图中编号数量备注54ls192u1u66十进制计数器mc14588u7u126译码器74hc04u14b-u16b1六反相器cc4023u17b1三输入与非门数码管显示器ds1 一一ds66共阴极开关s1s44普通电容c110.01uf电容c2110电阻r1r441k电阻r511.5k电阻r616.3k蜂鸣器ls11附录二：各集成电路管脚图和功能表图1、5