篮球24秒计时器课程设计报告

1、学号:0120911360229课程设计题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师篮球竞赛24秒计时器自动化学院自动化自动化0902李鑫杨莉林伟2011年 6月 30日摘 要2abstract3第1章 设计任务及基本要求41设计任务41.2基木要求4第2章 电路框图及工作原理42电路框图42.2设计方案5第3章各单元电路的设计53.124进制计数器的设计53.2数码显示电路的设计73.3秒脉冲的设计83.4各控制开关的设计93.5报警电路的设计113.6整机工作原理12第4章 电路仿真12第5章 数字电路的连接与调试14结论错误!未定义书签。参考文献16附录一篮球竞赛24秒计时器总电路原

2、理图错误!未定义书签。附录二 原器件清单表18摘要电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识 与实践能力相结合的重要环节，是真正锻炼学生能力的环节。为今后进行 复杂的综合型电子系统的设计和调试打下基础。在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、 游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机，还可 以用来做为各种药丸、药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计 时器在现代社会的应用是相当普遍的。本设计主要能完成：电路具有24秒时间显示功能；系统设置外部操作 开关，控制计时器的置数、启动/连续和暂停功能；计数过程中，无论处于 何种状态，当按下置

3、数键时，计数重新开始；计时器为递减计时，其计时 间隔为1秒；当计时器递减计时到零时，显示器显示00,同时发出cp同 步闪烁报警信号等。整个电路的设计借助于proteus仿真软件以及数字电路 相关理论知识，得到了预期的结果。关键词：24秒计数报警清零暂停abstractelectronic course design of electronic technology is very important in the study of a link, the theory and practice is an important link of combining ability, is the

4、real exercise students1 ability link for in the future of the complex electronic system integrated design and commissioning to lay the foundation.in many fields are the timer used widely, such as in sports, timing alarm, the game down the traffic signal lights, and when the traffic lights, traffic l

5、ights, qianhao control machine, still can be used as all kinds of pills, tablets, capsules in the specified time remind drug use and so on, from this visible timer in the application of the modern society is a very comm on.this design main can finish: circuit has 24 seconds time display function; ex

6、ternal operation switch system settings, control the timer for number, start/continuous and suspension function; counting process, in whatever state, when you press the number keys, count for start again; timer for the timing, the time interval diminishing for 1 second; when the timer diminishing th

7、e house of time, display, also issued cp synchronous flash alarm signals, etc. the whole circuit design of proteus by simulation software and digital circuit related theory knowledge, got the expected results.1设计任务及要求1.1设计任务本设计主要能完成：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

8、 时间24秒限制。一旦球员的持球时间超过了 24秒，它就自动报警从而判定此球员的犯 规。1.2基本要求1 电路具有时间显不功能；2. 要求电路为24秒递减计时，每隔1秒钟，计时器减1；3. 要有外部开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续计时功能；4. 当计时器倒计时为零时，即定时时间倒，显示为零，同时发出声光报警信号。5. 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。2电路框图及工作原理2.1电路框图24秒计时器的总体参考方案框图如图21所示。它包括秒脉冲发生器、计数器、译 码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路等五个模块组成。其中计数器和控制电路是 系统的主要模块。计数器完成24秒计

9、时功能.而控制电路完成计数器的直接清零、启动 计数、暂停/连续计数;译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到启动报警等功能。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但是设计对此信号要求 并不太高，故电路可采用555集成电路组成的多谐振荡器构成。译码显示电路由74ls48（译码器）和共阴极七段led显示器组成。报警电路在试验 中可用发光二极管与蜂鸣器组成。图2-124秒计时器系统设计框图2.2设计方案木设计中，24进制计数器是整个电路的核心部分，我们选择74ls192进行24进 制同步减法计数。同时选择74ls48作为bcd码译码器来对7段数码显示管进行译码驱 动，选择两个七段数码显示管进

10、行显示。根据设计要求，木课程设计采用555计时器制 成的多谐振荡器，对24进制计数器进行秒脉冲的输入。在木设计中，因为我们需要对 其进行暂停、清零、报警等控制，所以我们使用了三个开关来控制计数器的各功能的实 现，同时为了实现蜂鸣器的正常报警，我们同时选用555计时器对三极管实现高频率脉 冲输入。从而实现了各种功能的。3单元电路的设计3.1 24进制计数器的设计根据设计要求，本设计需要实现24进制递减功能，所以本设计采用十进制同步减 法计数，因此使用2片74ls192集成芯片来实现计数功能。十进制可逆计数器74ls192 引脚排列及逻辑符号如图3-1-1 (a)、(b)所示，它具有双时钟输入，并

11、具有清除和置数等功能。图中:丙为置数端，函为加计数端,如为减计数为非同步进位输出端,口为非同步借位输出端，po、pl、p2、p3为计数器输入端，为清除端，qo、q1、q2、q3为数据输出端。其功能表如下图3-1-2所示:voc po mr tco tcu pl 巴 卩3 闵而而而岡而市而p0q0p1qip2q2p3q3cputcucpdtcdplmr1510 95t11432671213(b)(b)逻辑符号(a)引脚排列图3-1-174ls192的引脚排列及逻辑符号输入输出mrplp3p2plpoq3q2qiqo1xxxxxxx000000xxdcbadcba01t1xxxx加计数图3-1-2

12、 74ls192的功能表在本次设计中，因为我们要实现24进制计数功能，所以我们首先应该对计数器进 行置数，由于（24） 1（）= （00100100） 8421bcd所以要先对741192两芯片进行置数，令第 一块集成块的置数端q3q2q1qo=oo1o,令第二块的为q3q2qlq0=0100。把 第二块芯 片的借位端对 与第一块芯片的脉冲输入端相连，从而进行实现借位功能。电路接线 如图3-1-3图3-1-3倒计时电路3.2数码显示电路的设计在本设计中，根据设计的要求，我使用74ls48译码器来驱动共阴极数码显示管，74ls48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和系统的

13、显示 系统中，下面是74ls48芯片的一些参数与应用技术等资料。74ls48的引脚图和功能表 分别如图3-2-1和表3-2-2所示。be1vcccc215jflt314g日1贰日0 413&7448rbi 512b74ls48d 611ca e710dgndc89jebcd-七段译码器驼动器图 3-2-1 <741s48 引脚图>表3-2-2 74ls48的功能表输入输岀字 形数字ltrbidcb abi/rboabcdefg011000011111110011x000 111100000121x001011101101231x00 1 111111001341x0 100

14、10110011451x0 10 111011011561x0 11011011111671x0 11111110000781x100011111111891x1 00 1111110119消隐xxxxxx00000000脉冲消隐100000000000008灯测试0xxxxx11111111七短数码显示管的引脚图如图3-2-3所示，其中3脚和8脚相连为公共端，在电路中接 地，6脚为小数点引脚，设计中不需要对其处理。图3-2-3七短数码显示管的引脚图3.3秒脉冲的设计根据设计要求，本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555定时器来设计此模块。从而产生标准的秒脉冲。1

15、. 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。2. 自激多谐振荡器图3-3-1所示为自激多谐振荡器电路和波形图。自激多谐振荡器用于产生连续的脉 冲信号。电路采用电阻、电容组成rc定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节rw 或电容c,可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输岀。脉冲宽度计算公式：twl=0.7(rl+r2)c tw2=0.7r2c振荡周期计算公式：t=o.7(r1+2r2)cls eii i0上.厶厶图

16、3-3-1分析方法与单稳态电路相似，但电容器c的充电电阻是r1 +r2 ,放电电阻是r2 o是低电平时，555定时器低触 为高电平，放电管t截止， 经(r1 +r2)充屯，当充电 vc=vth>% vcc吋，电路高 输出vo变为低电平,放电管t导通，电容器经r2放电，当放电至vc=vtrv%vcc时，电路又进入低触发，v0 变为高电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。电路连线如图3-3-2o3.4控制开关电路的设计在本次设计中，由于设计的要求，要实现计数器的暂停、复位和启动控制，所以 需要设计三个开关来控制电路.暂停电路的设计对于暂停连续开关，可以通过控制时钟脉冲的输入来达到暂

17、停功能的控制，设计 一个单刀双掷开关，一端接地，将之连接到一个三输入与门。：与单刀双掷开关相连(d：与第二片74ls192的tcd端相连:与555脉冲器相连清零电路的设计清零电路只需将两块芯片的mr端连接起来并接上一个开关即可。置数电路的设计置数电路只需将两块芯片的pl端连接起来并接上一个开关即可。防抖动电路的设计实际使用吋开关会有抖动现象，所以我用基本rs触发器来设计暂停开关相连， 用来消除抖动。基木rs触发器如图2. 3. 9为由两个与非门交叉耦合构成的基木rs触发 器，它是无时钟控制低电平直接触发的触发器。基本rs触发器具有置“0”、置“1” 和保持三种功能。通常称&为置“1”端

18、，因为农二0吋触发器被置“1” ；斥为置 “0”端，因为刀=0时触发器被置“0”。当&二孔1时状态保持，当&二用二0时为不定 状态，应当避免这种状态。(a)(b)图3-4-2二与非门组成的基本rs触发器(a)逻辑图(b)逻辑符号基本rs触发器的逻辑符号见图3-4-2 (b),二输入端的边框外侧都画有小圆圈，这 是因为置1与置0都是低电平有效。输入74192的时钟脉冲由下图2.3.10所示电路输出 接到74ls192的cpd脚。还有一端输入由借位信号输入。3.5报警电路的设计根据实验设计要求，我设计了光报警与蜂鸣器报警两种方式，只有当计时器的输岀 端都为0的时候，报警电路的输出才

19、为1,会驱动led灯和蜂鸣器发生报警。电路图如 下所示。uu41ui 1uu丄3171 rr20knj <tex18r6555rnuc:3u 11lji/-jspeaker?text>.4n/q1kbc85?0r.15101uf<te-2nor 4nor ktext>：u10and<text>rlj 1led-bigy<text> -0.5uftz-：1：3.6整机工作原理篮球竞赛24秒计时器主要是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路 和报警电路组成。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。sw1闭合

20、，74ls192被置数，显示电路出现数字24o完成置数后断开sw1, 启动计时。若此时秒脉冲电路的sw3为断开，则产生连续秒脉信号输入到计数器，数 码管上的数字就会自动减1,闭合sw3,秒脉冲暂停，计数递减暂停，断开sw3又恢 复计数递减，这就实现了暂停/连续功能。在计数递减的同时，74ls192的8个输出端也 随之产生高低电平变化来控制报警电路5个或门的高低电平的变化。由附录1可见，5 个或门的排列必须当74ls192的8个输出全为低电平时，换而言之，就是计数到零时， 或门最后一个输出的才是低电平，从而触发发光二极管和蜂鸣器，产生亮光和警报声， 达到了光电报警的。4电路仿真本次设计采用的是p

21、rotues软件仿真，它是一种功能强大的电子设计自动化软件， 提供智能原理图设计系统spice模拟电路、数字电路及mcu器件混合仿真系统和pcb 设计系统功能。现在我们用proteus进行仿真，仿真结果如下1.计时预备阶段如图41u1aqa101cg0qerbiofltqo计时阶段如图4-23电路报警如图4-3j3142ari u *- r< netexte-：te><t>j11ttextr'iiiytextju堆xt<nju&a ?«l8(d-.n vv 1iq«teu8u6:b?«letdaqa13qfl1za 1

22、1bon tc esqemlqfltqo-9侈!u7 4u81szct6kf*led-8»f負ga8qbcqcdqpblfrk>qemlqfltqolsc158pe*>®». <tex7>"i81m ctexq1 8css7a «texj>：c4c1o1uffadenxi>*dtikir?mjir4 ait5数字电路的连接与调试由于电子电路设计要考虑很多因素，加之元器件性能的分散，以及许多人为因素的 影响，一个组装好的电子电路不可能不经过调试即可满足要求。任何电子电路都必须经 过认真细致的调试，才能获得满意的

23、性能要求。在这个过程中用的最重要的仪器就是万用表和电源。1调试方法电子电路调试方法有两种：分块调试和整体调试(1) 分块调试法分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，对每个模块分别进行调试。模块调试 的顺序最好按信号的流向，一块一块进行，逐步扩大调试范围，最后完成总调。实施分 块调试有两种方法一种边安装边调试；另一种是总体电路一次组装完毕后再分块调试。 分块调试的优点：问题出现范围小，可及时发现，易于解决。(2) 整体调试此种方法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。2调试步骤(1) 检查电路对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或与地短接，然后检查各芯片是 否安装牢固

24、，最后对照电路图认真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出现多接线的现 象。(2) 接通电源观察在检查电路无误后，接通电源，如果岀现异常现象立即关闭电源，观察各个单元电 路是否能够正常工作，找出出错的单元电路，如果有错，则用万用表对各个电路逐个检 查，肓至查出错误，并加以改正。(3) 对各个功能电路的检测闭合工作开关，观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。调试结束后观察 调试后的结果是否符合设计要求。3调试结果接通电源后，第一次的调试的结果是，置数不是24并ii不能计数。我们根据可以 正常工作的部分來进行分析，一步一步的检查，分析哪部分的设计是没有问题的，然后 根据出问题的部分再进行分析，然

25、后继续调试，最终得到了正确的电路。最后调试到各部分电路。4调试中故障及解决办法由于电路屮的芯片、插线、面包板的质量、接触等都存在一定的问题，故调试中 出现问题是不可避免的。在调试的过程中，发现低位数码管不能置数，并且不能计数， 置数为36,逐个单元电路检查线路后发现弄反了高低输入端，改正后发现并不能计数, 经过线路检查并没有发现线路有问题，查找资料后发现电路中所用的74ls12三输入与 非门是一个oc n,必须要接一个上拉电阻，接上一个适当的电路后电路能够正常工作, 并且能实现电路所要求的所有功能。经过检测电路出现了一点故障，但是经过耐心检查，电路能实现所要求所有功能，实 验比较成功。通过电路

26、板块的思想，逐步实现设计所需达到的功能要求；时钟模块为减计数器提供一个频率为1hz的脉冲信号，从而实现计数器计数间隔 为1秒钟；计数、译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能；报警模块是为了实现当减计数到零时发岀光电报警信号和蜂鸣报警；控制模块主要是为了实现计时器的启动、置数、暂停/连续功能，其中启动、置数由 swk sw2开关来完成，通过sw3开关从而实现断定计吋功能。至此，本设计完成所有任务及要求。结束语这是我大学期间的第一次课程设计，此次设计让我获益匪浅。在设计过程中，按照 书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析研究此次设计的任务和要求，然后分析选出 方案做出设计，再进一步完善设计。在其中遇到一些不解和疑惑的问题时首先自己分析, 不懂的问题小组一起讨论，四处请教，再认真向老师询问，和老师一起探讨解决，最终 完成了此次设计。此设计制作的篮球竞赛24秒计时器是一个实用性设计。设计的成功不仅为所学的 专业课程打下了坚实的基础，提高了我们对分析与解决问题的能力，对电子设计有了更 深的兴趣。在这个设计中，我学到了学习理论时学不到的东西，将课本理论知识与实际应用联 系起来，不但锻炼我的动手能力而且巩固我们所学的理论知识