篮球竞赛秒计时器设计方案课程设计方案

1、沈阳航空航天大学课程设计说明书）篮球竞赛 3030秒计时器设计班级/ /学号学生姓名指导教师沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称数字逻辑课程设计院 系）计算机学院专业计算机科学与技术班级学号姓名课程设计题目篮球竞赛3030秒计时器设计课程设计时间: :20182018年0707月1515日 至20182018年0707月2424日课程设计的内容及要求：一、设计说明在篮球比赛进行过程中经常需要计时操作，设计一个用于篮球竞赛的3030秒计时器。其原理参考框图如图1 1所示。图1篮球竞赛30秒计时器原理框图、技术指标1 1 具有显示3030秒的计时功能。2 2 设置外部操作开关，控制计时器的直接清

2、零、启动和暂停/ /连续功能3 3计时器为3030秒递减计时器，其计时间隔为1 1秒。4 4计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，应发出光电报警信号。三、设计要求1 1 .在选择器件时，应考虑成本，要求采用 LEDLED显示。2 2 根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3 3 画出电路原理图 元器件标准化，电路图规范化）。四、实验要求1 1 根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。2.2.进行实验数据处理和分析。五、推荐参考资料1.1. 刘修文主编实用电子电路设计制作.M.M北京：中国电力出版社，20052005年2.2. 朱定华主编电子电路测试与实验.M.M北京：清华大学

3、出版社，20042004年3.3. 路勇主编电子电路实验及仿真.M.M北京：北方交通大学出版社，20042004年六、按照要求撰写课程设计报告指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日成绩评定表评语、建议或需要说明的问题：指导教师签字：日期：成绩概述在篮球比赛中，规定了一方的持球时间不能超过3030秒，否则就被判做犯规。本课程设计的“篮球竞赛 3030秒计时器”，就可用于篮球比赛中，用于对球 员持球时间3030秒进行限制。一旦球员的持球时间超过了3030秒，它自动的报警。这次课设设计了一个一个篮球竞赛 3030秒计时器电路。它由秒脉冲发生器、 计数器、译码显示电路、报警电路和时序控制电路五个部

4、分组成。当计数器接 收到秒脉冲后开始倒记数，等递减到0 0时，发光二极管亮光报警。通过控制电路来完成计时器的启动、计数、暂停/ /继续、译码显示电路的显示等功能。本电 路用两个74LS19274LS192芯片构成递减计数器3030进制）；控制电路由 74LS0074LS00和 74LS0874LS08构成；秒脉冲发生器由 555555集成定时器构成；两个数码管构成显示电 路。方案论证篮球竞赛3030秒计时器原理框图如图1 1所示。功能的电路采用模块化设计， 分别都有各自的功能。篮球竞赛3030秒计时器包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电 路、报警电路等5 5个部分组成。其中计数器和控

5、制电路是系统的主要部分。计 数器完成3030秒计时功能，而控制电路控制计数器的启动计数、暂停/继续计 数。当启动置数开关时，计数器完成置数功能显示3030秒字样；当启动开关时,计数器开始计数；暂停/继续开关连接到连续计数端时，计数器开始连续计数，当连接到暂停计数端时，计数器暂停计数。计数器递减到零时，发出光电报警信号图1篮球竞赛30秒计时器原理框图三、电路设计(1(1 8421BCD8421BCD码递减计数器模块电路本实验中计数器选用中规模集成电路 74LS19274LS192进行设计，74LS19274LS192是十进 制同步加法/ /减法计数器，它采用8421BCD8421BCD码二- -

6、十进制编码，其功能表如表 1 1 所示。表1 74LS192的功能表CPUCPUCPDCPDLDCRCR操作XX0 00 0置数T1 11 10 0加计数1 1T1 10 0减计数XXX1 1清零由此看出,当LDLDX X =1,CR=0,CP=1=1,CR=0,CP=1时，如果有时钟脉冲加到 CPUCPU端, ,则计数器 在预置数的基础上进行加法计数，当计数到9 9时,C0,C0,端输出进位下降沿跳变脉 冲；当LDLDX X =1=1, CR=0CR=0 CP=1CP=1时，如果有时钟脉冲加到 CPCP端，则计数器在预置 数的基础上进行减法计数，当计数到0 0时，BOBO端输出借位下降沿跳变

7、脉冲。由此设计出三十进制减法计数器，具体电路图如图2 2所示, ,图中的Q Q0-Q-Q7分别接到显示译码器的输入端，CPCP端接到秒脉冲发生器的脉冲输出端。图中预置数为 N N = = 00110000011000 8421BC=30=30) 10，当低位计数器的借位输出端 BCBC输出借位脉冲时， 高位计数器才开始进行减法计数。当计数到高、低位计数器都为零时，高位计 数器的借位输出端BCBC输出借位脉冲，使置数端 LDLD，=0=0,则计数器完成置数， 在CPCP端输入脉冲的作用下，进行下一循环的减法计数。图2三十进制减法计时器VCC5VVCCR32U1074LS00NS225260o o

8、Key = B(2(2时钟信号控制电路图3 3是时钟脉冲信号CPCP的控制电路,控制CPCP的放行与停止。当定时时间 未到时，74LS19274LS192的借位输出信号BOBO2=1=1时，则CLKCLK言号受“暂停/ /继续”开关S2S2 的控制，当S2S2处于“暂停”位置时，门U10AU10A俞出0 0,门U7U7朕闭，封锁CLKWCLKW号， 计数器暂停计数；当S2S2处于“连续”位置时，门U10AU10A俞出1 1,门U2AU2A丁开，放行 CLKCLK言号，计数器在CLKCLK乍用下，继续累计计数。当定时时间到时，BOOBOO,门U7AU7A关闭，封锁CLKCLK言号，计数器保持零状

9、态不变。从而实现了当暂停 / /连续开关U7A 74LS08DR2 10k Q10A4LS00N图3时钟信号控制电路VCCRSTOUT14DISTHR68k QR2TRI10uFCONGND斗斗 10 nF555_VIRTUALTimerC1处于暂停状态时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示原来的数， 而且保持不变；当暂停/ /连续开关处于连续状态时，计数器正常计数，的功能要 求。注意，BOBO是脉冲信号，只有在CPCP保持为低电平才能保持不变。(3(3秒脉冲信号产生模块电路NE555NE555秒脉冲发生器由555555集成定时器构成，其引脚图如图 4 4所示。NE555NE555秒脉

10、冲发生器的周期与其充电的时间有关，充电时间由图1111中的电容G G、电阻Ri和R R所决定周期的计算公式为：T=Ln2(RT=Ln2(Ri+2F+2F2x G G。本实验需 要的周期是isis，计算出较为稳定的电阻电容值为：R=15kR=15kQ ,R,R2=68k=68kQ, , C Ci=10=10yFQ=10nFFQ=10nF。计算得 T=1sT=1s。40VVs1915k QR1C2图4秒脉冲发生电路(4(4显示模块电路显示模块用来显示计时模块输出的即时计时和中途计时结果。是由七段数码管构成，计时模块输出计时信号通过译码器译码由数码管显示出来。如图5 5所示。16B02600 Q图5

11、显示译码电路(5(5光报警模块当计数器递减计数到零( (即定时时间到 时，控制电路应发出报警信 号，使计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。如图6 6所示。当计数到零时，两计数器借位端输出多为低0 0), ,故本设计将高位片借位 凶 反馈到二极管负极性端，此时+5V+5V电源经1k1k电阻使发光二极管发出光电报警 信号, ,完成报警功能,而在递减计数时，可端输出为高1 1), ,二极管不报警。图6发光报警电路四、性能的测试(1(1秒脉冲信号发生电路的仿真将秒信号发生器接到示波器上，如图 6 6所示。观察输出波形，如图7 7所示。40VVs1915k QR117VCCRST OUTDISTHR

12、TRICONGND二二二二 10uF二二二二 10 nFTimerC1C2图6秒脉冲信号发生器仿真T2-T1T2-T1时间通這A A通道_B_B24.29724.297 5 54.0004.000 V V反向|保存 Ext.Ext. TriggerTrigger时间轴通道A A逋道E E祂发比例 |200|200 msms；DivDiv比例 VjDivVjDiv比例 |5|5 V/DivV/Div边沿x x位置|o|o*位:置|o|o位置|0|0电平VrVr 加载 1 1 6/A6/A I I A/BA/B 1 1ACAC | | 0 0 |DC|DCACAC| | 0 0 |DC|DC -

13、- | |类型正弦|标准|自动|丙图7秒脉冲信号的波形图（2 3030秒置数仿真测试启动S1S1低电平）成置数功能, ,LDLD置为低电平出现3030秒字样。断开S1S1高电平），LDLD置为高电平，计数器开始进行递减计数，如图 8 8所示。图8 30秒置数仿真测试（3 3暂停/ /继续仿真测试当暂停/ /继续开关S2S2处于暂停位置 低电平）时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示原来的数，而且保持不变，如图9 9所示；当暂停/ /继续开关S2S2处于连续位置 高电平）时，计数器正常计数如图1010所示ffVvccIB图9 9暂停仿真测试AlvccS1S1 Key-AKey-A1620

14、20655655 llrrwillrrwir rVlftTUALVlftTUAL图1010连续仿真测试(4(4报警电路的仿真当计数器计到状态“ 0000”时，高位片的借位输出端 BOBO产生低电平借位脉冲 信号，由此导通发光二极管产生光报警信号图1111报警电路的仿真五、结论根据实验结果，本设计方案基本完成了设计的要求，总的来说该方案是十 分可行的，电路结构简单，条理清晰，结果符合要求。但是由于产生的脉冲信 号不易保持以及产生的秒脉冲信号不够稳定和精确的原因还存在着报警时间过 短和计数时间不够精确的缺陷，可以通过用分频电路来代替555555信号发生器来产生稳定的秒脉冲计时信号，来进一步改善电路

15、计时的准确性；对产生的借位 脉冲信号时间过短的原因可以用展宽电路把脉冲扩展到足够宽，使发光二极管 持续发光。六、性价比综合各种因素来看，该方案所设计的电路比较经济实惠。虽然由于该电路中 的元气件价格低廉但电路的总体性能比较稳定，效果很好，由此可见该方案的 性价比还是很高的，若把该方案所设计的电路做成实物图完全可以应用到篮球比赛中七、 课设体会及合理化建议 经过一段时间的查找资料和思考问题，最终把设计方案设计出来了。其中 在查找资料的过程中收获颇丰，在这个过程中使我学会了如何查找文献资料并 运用到自己的方案中去。经过一番深思熟虑后设计出比较实用的电路图，然后 用仿真软件进行仿真。在仿真的过程中发

16、现了一些问题，并通过自己的努力最 终解决了出现的各种问题，在这解决问题的过程中使我学到了许多以前不太了 解的知识，同时也培养了思考问题的习惯，经过一番奋斗后，仿真的结果符合 设计要求。在连接实物图的过程中须得步步为营，若是一着不慎连错了后果是 很严重的，不好检查线路，因此连线时须的小心再小心。经过最后的努力，终 于把实物图所产生的结果与仿真一致。最终，在自己的不懈努力和老师同学的帮助下我的课程设计终于完成了， 课设中充满了欢笑与泪水，为一小块的成功而高兴，为一时的困难而伤心，但 整个过程是快乐的，因为我在过程中得到了锻炼，动手动脑的能力得到了加 强，学到了许多书本上学不到的知识，使我深刻体会了

17、“一分耕耘一分收获” 的道理，总之我在课程设计中学到了许多真是一言难尽。在这里我谢谢老师和 同学们的帮助，谢谢大家。参考文献1.1. 刘修文主编 是用电子电路设计制作 【M M北京：中国电力出版社，200520052.2. 朱定华主编. .电子电路测试与实验 【M M北京：清华大学出版社，200420043.3.路勇主编. .电子电路实验及仿真 【M M北京：北京交通大学出版社，20042004附录 I I 总电路图附录IIII元器件清单序号编号名称型号数量1 1U3U3 U4U4可逆十进制计数 器74LS19274LS1922 22 2U10AU10A U10BU10B二输入一输出与 非门74LS00N74LS00N2 23 3U5AU5A U7AU7A二输入一