篮球比赛计时器设计_文档3(1)(1)

1、设计任务书一 设计题目 设计并制作篮球比赛计时器二 基本要求 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。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。“分”、“秒”显示用LED数码管，应配用相应译码器。用扭子开关控制计时器的启动暂停。三 提高部分1. 安装自己设计的电路（1）检查元器件（2）对电路进行组装：按照自己设计的电路，在PCB板上插接元器件并焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。2. 通电调

2、式（1）通电测试：对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。（2）通电调试：经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。3. 书写设计报告四 工作原理及参考方案 篮球比赛计时器实际上是一种多功能倒计时装置，它包括12 min、24 s倒计时，按键启停功能和数码管显示等，其组成原理框图如图1所示。该电路主要由秒信号发生电路、启停电路、门控电路、显示电路和计数电路等组成。一旦发球，启停电路启动，计时器开始工作，即12 min、24 s倒计时同时工作。当发球权交给对方时，24 s倒计重新开始计时，而12 min倒计时继续工作。当启停电路暂停时，12 min、24 s倒计器保

3、持原来的数据不变，等到重新启动开始工作。 指导教师（签名）： 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、暂停和连续计时功能，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。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。 本电路主要有四个模块构成：秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路。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，在数码管上显示数字24，每当

4、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。关键词：计数器；秒脉冲发生器；译码显示电路；控制电路 目录1总体设计思路、基本原理和框图1 1.1 设计思路1 1.2 基本原理1 1.3 总体设计框图22单元电路设计与方案比较（各单元电路图）3 2.1 秒脉冲发生器的设计3 2.2 24秒倒计时电路设计4 2.3 12分钟倒计时电路设计53总设计电路图84调试步骤、性能测试和仿真结果分析10 4.1 调试步骤10 4.2 性能测试11 4.3 仿真结果分析11小结13致谢15参考文献16附录A;元器件清单17附录B：PCB图18附录C：三维立体图19 1 总体设计思路、基本原理和框图1

5、.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555定时器和RC振荡电路功能来实现。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

6、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74LS192来实现。1.2 基本原理(1)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

7、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。 (2)秒脉冲发生器：包括555定时器和RC振荡电路。由555定时器和RC振荡电路通过对产生的脉冲进行分频最终得到1HZ的方波输入到主体电路中的计数器，达到我们所需要的倒计时。1.3 总体设计框图 图1.1 总体设计框图倒计时功能主要是利用192计数

8、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。而节次计数是通过12分钟的重置来实现的。2 单元电路设计与方案比较（各单元电路图）2.1 秒脉冲发生器的设计 方案一： 信号发生器是数字钟的核心。它的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，可选用晶振的频率为32768Hz的脉冲经过整形、分步获得1Hz的秒脉冲。如下图所示.输出端正好可得到1Hz的标准脉冲。图2.1 秒脉冲发生器设计图（方案一） 方案二：由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标

9、准信号源。 图2.2 秒脉冲发生器设计图（方案二）由于本次设计用555定时器产生秒脉冲，所以采用方案二。参数计算：1.脉冲产生电路：a.用555组成的脉冲产生电路:  R1=15*103        R2=68*103        C=0.1F   则555所产生的脉冲的为: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

10、以使用.b.石英晶体振荡电路:  采用的32768晶体振荡电路,其频率为32768Hz,然后再经过15分频电路可得到标准的1Hz的脉冲输出.R的阻值,对于TTL门电路通常在0.72K之间;对于CMOS门则常在10100M之间.2.2 24秒倒计时电路 计数器的倒计时功能。用两片74LS192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74LS192进行减计数。因为预置的数不是“00”，所以我选用置数端LOAD来进行预置数。低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。24秒倒计时电路图如下图所示：

11、 图2.3 24秒倒计时电路图2.3 12分钟倒计时电路设计（1)12分钟倒计时秒部分: 运用两片可逆计数器74LS192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这片192计数器的减计数时钟脉冲输入端down。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74LS192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

12、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

13、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0543210，实现了六进制的功能。（2）12分钟倒计时分部分：同样是运用两片可逆计数器74LS192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电平的上升脉冲沿，从而使高位的计数器倒倒计一个数。实现倒计时功能。图2.4 12分钟倒计时电路图（3）

14、译码器和显示器的设计部分： 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，我们选用了CC4511.相应的与LED七段共阴极显示数码管相互连接。   3 总设计电路图图3.1 总设计电路图 简要说明：右起第一个开关的作用是对12分钟进行清零和置数。右起第二个开关是暂停、继续开关。 右起第三个开关对24秒进行清零和置数。最左边的开关是整个系统的启动开关。4 调试步骤、性能测试和仿真结果分析4.1 调试步骤（1） 按照电路板的规格，设定好各集成芯片的排放位置、测试各芯片是否与面板接触良好。（2） 用异步可逆双时钟BCD

15、计数器74LS192及相关门实现定时倒计时电路： a.测试74LS192和门电路的好坏。 b.先连24秒倒计时模块，并测试其性能是否达到要求。 c.24秒显示如下图4.1所示： d.加入相应门电路实现暂停和停止/复位功能。 e.连接12分钟倒计时模块，并测试其性能是否达到要求。 f.12分显示如下图4.2所示： g.加入相应门电路实现暂停和停止/复位功能。图4.1 24秒显示图图4.2 12分显示图（3）用555定时器及振荡分频电路连接成频率为1HZ的脉冲发生器： a.测试555定时器的和电容的好坏 b.按原理连接成脉冲发生器，并测试其性能是否达到要求 c.产生的脉冲信号如下图4.3所示:图4

16、.3 产生的脉冲信号图（4） 整体综合连接，测试整体性能。4.2 性能测试 经过测试，可实现的功能如下：（1）24秒和12分钟同时置零和启动，也可在暂停的状态下对24秒单独置零，并重新置数启动。（2）可以同时分别使两个时钟置零。（3）当两个时钟中任意一个时钟置零时，两个时钟都停止调动。4.3 仿真结果分析（1）时钟模块为减计数提供一个频率为1Hz的脉冲信号，从而实现计数器计数间隔为1秒钟； （2）计数、译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能；（3） 控制模块主要是为了实现计时器的启动、直接清零和暂停/连续功能，其中在直接清零时，由外控制开关控制译码器消隐端，从而可以实现显示译码器灭灯；通过

17、暂停/连续开关从而实现断点计时功能。（4） 总仿真图如4.4所示：图4.4 总仿真电路图小结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB板，和芯片上的选择。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我们做得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认

18、识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。在制作PCB时，发现细心，耐心，恒心，一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。在画好原理图后的做PCB板时，由于本设计用到的芯片比较多，导致连线比较复杂，增加了布线难度，也产生很多不曾注意的问题。今后要牢记这些

19、，使以后布线更加熟练和顺利。经过这段时间的设计制作，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过本次课程设计，我们真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，也意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少能有实践的机会。但我们可以通过这种类似的课程设计来加强自己，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下。大学里三

20、年的相处还赶不上这段时间的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了;我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋; 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好?我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢?于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。同时课程设计是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。制作过程中只

21、有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们这次成功的一项非常重要的保证。而这次也正好锻炼我们这一点，也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢!同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢!此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更