篮球24秒计时器设计

1、 电子技术课程设计电子技术课程设计篮球竞赛计时器设计篮球竞赛计时器设计学学 院：机电工程学院院：机电工程学院专专 业：农业电气化与自动化业：农业电气化与自动化姓姓 名：名： 学学 号：号：指导教师：指导教师： 职职 称：称： 设计完成日期：二设计完成日期：二 一二年九月一二年九月目 录第 一 章 定时电路系统概述1、引言.22、性能指标要求.23、元器件清单 .24、设计内容.25、设计报告要求.3第 二 章 篮球竞赛24秒定时的方法1、电路的组成 .42、设计原理.4第三章 电路组成框图1、秒脉冲发生器.4 2、计数器.7 3、控制电路. 8 4、译码显示电路. 9 5、辅助时序控制电路.1

2、26、报警电路.13 7、总电路图.14 第四章 小结.15参考文献： .15 第 一 章 定时电路系统概述1、引言： 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过了 24 秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。2、性能指标要求：1、有显示 24 秒的倒计时功能2、置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动、暂停和连续功能3、计时器为 24 秒递减计时器，其间隔为 1 秒4、计时器递减计时到零时，发出光电报警信号3、元器件清单：1、集成电路：74LS192

3、 2 片，74LS48 2 片， NE555 1 片2、电 阻：10k 4 片，15k 68k 1k 各 1 片3、电 容：10F 1 片 ， 0.1F 1 片4、其他器件：发光二极管 1 只 ，共阴极七段 LED 显示器 2 只 双刀开关 2 只 4、设计内容：1.电路各部分的组成和工作原理。2.元器件的选取及其电路图和功能。3.电路各部分的调试方法。4.在整机电路的设计调试过程中，遇到的问题的原因及解决的办法。5、设计报告要求： 分析实验任务，选择技术方案，确定原件参数；确定原理框图；画出电路原理图；对所设计的电路进行综合分析，包括工作原理和设计方法。 第 二 章 篮球竞赛 24 秒定时的

4、方法1、电路的组成1.1、24 秒定时器的总体参考方案框图如图所示。它包括秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和控制电路等五个部分。定时器框图1.2、秒脉冲发生器产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准，但本设计对此信号的要求并不是太高，电路可以采用 555 集成电路构成。1.3、计数器完成 24 秒计时的功能。 1.4、单元译码显示电路可以用 74LS48 和共阴极七段 LED 显示器组成。1.5、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。1.6、电路报警电路可以用发光二极管组成。2、设计原理计时电路递减计时，每隔 1 秒

5、钟，计时器减 1 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，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数器、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。当计时器递减计时到零（即定时时间到）时，同时发出光电报警信号。 秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，电路采用 555 集成电路或由 TTL 与非门组成的多谐振荡器的构成。 译码显示电路用 74LS48 和共阴极七段 LED 显示器组成。报警电路在实验中可用发光二极管代替。 第三章 电路组成框图1、秒脉冲发生器脉冲信号发生器需要产生一定精度和幅度的矩形波信号。实现这样矩形波的方法很多，可以由

6、非门和石英振荡器器构成，可以由单稳态电路构成，可以由施密特触发器构成，也可以由 555 电路构成。 不同的电路对矩形波频率的精度要求不同，由此可以选用不同电路结构的脉冲信号发生器。本实验中由于秒脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度直接影响计数器的精度，因此要求秒脉冲信号有比较高的精度。故设计出如下图所示的脉冲信号发生器。N214131211153456P0P1P2P3Q0Q1Q2Q3TCCEPCETCLKPEMR74LS160Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q12Q13Q14N1119101210pFC139pFC2R2330KR17546141315123CNCOUTCOUTRST124060

7、脉冲信号发生器用 555 集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时：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。多谐振荡器输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：tw1 ： uC (0) =

8、 VCC /3 V、uC () =VCC、 1=(Ra+ Rb)C、 当 t= tw1 时，uC (tw1) =2 VCC /3 代入三要素方程。于是可解出tw1=0.7(Ra+ Rb)Ctw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC () =0V、 1= RBC、当 t= tw2 时，uC (tw2) =VCC /3 代入公式。于是可解出tw2=0.7RbC振荡周期 T = tw1+tw2=0.7 ( Ra + 2Rb) C =1 (s)多谐振荡器的波形：tuctuoOO2、计数器 秒信号经秒、分计数器后分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位的计时输出信号，然后输出到译码显示电

9、路。“秒”计数器应为 60 进制，而“时”计数器可为大于等于 40 的任意进制。由篮球比赛的特点，计时器也可以设计成计距离比赛结束的时间，因此这种方案需用减法计数器。本设计中计数器是由两片 74LS192 的 8421BCD 码递减计数器构成。74LS192 是十进制同步加/减法计数器，采用 8421BCD 码编码，具有直接清零、异步制数的功能，且有进位和借位输出端。当需要进行多级扩展连接时，COBO只要将前级的端接到下一级的 CP+端，端接到下一级的 CP-端即可。详COBO见下面功能表。由功能表可以看出，当=1，CR=0，CPD=1 时，如果时钟脉冲加到LDCPU 端，则计数器在预置数的基

10、础上进行加法计数，当计数到 9（1001）时，端输出进位下降沿跳变脉冲；当=1，CR=0，CPD=1 时，如果有时钟脉COLD冲加到 CPD 端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数器。图中预置数为（0010 0100）8421BCD=（24）10。只有当低位 1 端发出借位脉冲，高位计数器才做减计数。当高，低位计数器全为零时，且 CPD 为 0 时，置数端 2，计数器完成并行置数，在 CPD 端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。Q0Q1Q2Q3MR D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3MR D0D1D2D3递减计数器74192 功能表：输 入输 出R CP+ CP- D0 D1

11、D2 D3LDQ0 Q1 Q2 Q31 X X X X X X X0 0 X X I0 I1 I2 I30 1 1 X X X X0 1 1 1 X X X X0 1 1 1 X X X X0 0 0 0I0 I1 I2 I3加计数减计数保持3、控制电路按照系统要求，电路应该完成以下 4 个功能：1）当操作直接清零按键时，要求计数器清零。2）当启动按键闭和时，控制电路应封锁时钟信号 CP（脉冲信号） ，同时计数器完成置数功能，显示器显示 30s 字样。当启动按键释放时，计数器开始减法计数。3）当暂停/连续开关处于暂停状态时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示器显示原来的数，而且保持不变

12、，当暂停/连续开关处于连续状态时，计数器正常计数。4）当计数器递减到零时，控制电路输出报警信号，计数器保持不变。按照以上要求设计如下图示电路，图中 S2拨向清零端时，74LS192 的CR=1，计数器清零；当 S2拨向工作端时，CR=0，计数器进入工作状态，这时，若按下启动按键 S1，计数器置数，若释放 S1，则计数器在置数的基础上开始递减计数。当 S3 拨向连续端时，G4 输出为高电平，此时如果 BO=1，则将 G2 打开，秒脉冲进入计数器，计数器进行连续计数；当 S3 拨向暂停端时，G4 输出低电平，将 G2 封琐，计数器没有计数脉冲送入，暂停计数。当计数器计数满 24 个脉冲，高位计数器

13、（N5）的 BO 端输出低电平，一方面将 G2 封锁，另一方面点亮发光二极管，发出报警信号。计数器控制电路4、译码显示电路选用器件时应注意显示译码器和显示器的相互配合。一是驱动功率要足够大，二是逻辑电平要匹配。例如，采用共阴型 LED 数码管应选“译中”为高电平的译码器；高电平驱动 LED 数码管时不能用普通 TTL 译码器，应选用功率门或者OC 门。按照上面的要求，用 74LS48 和共阴极七段 LED 显示器组成。74LS48 输入信号为 BCD 码，输出端为 a、b、c、d、e、f、g 共 7 线，另有 3 条控制线、。端为测试端。在端接高电平的条件下，当=0 时，LERBIRBO/BI

14、LEBILE无论输入端 A、B、C、D 为何值，ag 输出全为高电平，使 7 段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。端为灭零输入端。在=1，条RBILE1BI 件下，当输入 A、B、C、D=0000 时，输出 ag 全为低电平，可使共阴 LED显示器熄灭。但当输入 A、B、C、D 不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。端为消隐输入端。该输入端具有最高级别的控制权，当该端为BI低电平时，不管其他输入端为何值，输出端 ag 均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。另外，该端还有第二功能灭零信号输出端，记为。当该位RBO输入的 A、B、C、D=0000 且时，此时输出低电平；若该位输入的

15、0RBI RBOA、B、C、D 不等于零，则输出高电平。若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的RBORBORBI灭零控制。例如对整数部分，将最高位的接地，这样当最高位为零时“灭RBI零” ，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零”RBORBI功能；而对于小数部分, 应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，RBIRBI低位的接至高位的。RBORBI74LS48 可直接驱动共阴极 LED 数码管而不需外接限流电阻。此处要是保持数码管不黑屏就将 BI/RB0，RBI 置 1 就可以了，LT 是检查数码管的好坏的，如果不需要的话直接接高电平。其他端口按照 abcdefg 的对应关

16、系连接好以保证显示正确，确保接地成功。显示电路7448 功能表：输 入输 出显 示 字 型 D C B ALTRBIRBOBI /g f e d c b a0 X 1 X X X X1 0 1 0 0 0 0X X 0 X X X X1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 08灭灭 1 1 1 0 0 0 0 1 X 1 0 0 0 1 1 X 1 0 0 1 0 1 X 1 0 0 1 1 1 X 1 0 1 0 0 1 X 1 0 1 0 1 1 X 1 0 1 1 0 1 X 1 0 1 1 1 1 X 1 1 0 0 0 1 X 1 1 0 0 10

17、 1 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 01 0 1 1 0 1 11 0 0 1 1 1 11 1 0 1 1 0 11 1 0 1 1 0 11 1 1 1 1 0 00 0 0 0 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 0 0 1 1 101234567891 X 1 1 0 1 01 X 1 1 1 1 11 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0无效输出5、辅助时序控制电路此控制电路可以完成以下四项功能：1、操作“清零”开关，要求计数器清零，2、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示 24，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。3、当“暂停/连

18、续”开关处于“暂停”是，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数4、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。同时应注意的是如图可以知道两个与非门构成的基本 RS 触发器，构成防止产生机械开关的毛刺现象，并控制输入信号的输入从而达到，暂停计时和继续计时。 6、报警电路当芯片 2 输出为低电平时发光二极管工作，发出报警。1K+5VBO2报警电路7、总电路图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:24-Jan-2007Sheet of File:G:件件件件件 (3)MyDesign2.ddbDrawn By:abfcgde123abfcgde1235557628435112345678910111213BO2CPoCPuCR74LS19212345678910111213BO2CPoCPuCR74LS1921267