(完整word版)篮球竞赛30秒计时器设计课程设计(1)(word文档良心出品)

1、其时间间隔为1秒；计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，持续发光报 并自行设计直流稳压电源。这次实践，旨在增强学生思考问题，解决问题，以及将知识运用于实际的能 作为一名学生应该好好珍惜这样的机会。方案论证力,概述在篮球比赛中，规定了一方的持球时间不能超过 30秒，否则就被判做犯规。 本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，就可用于篮球比赛中，用于对球员持球 时间30秒进行限制。一旦球员的持球时间超过了 30秒，计时器便自动报警。30秒计时器不仅可用于篮球比赛中，生活中也有许多地方可以用到，比如 通过对预置时间的更改，可以用于辩论赛等场合。此次课设设计了一个篮球竞赛 30秒计时器电路。它由秒脉冲发

2、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分组成。 通过控制电路来完 成计时器的直接清零、启动、计数、暂停/连续等功能。计时器为30秒递减计时 器， 警。图1篮球竞赛30秒计时器原理框图30秒计时器的原理框图如图1所示。30秒计时器主要由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、时序控制电路和报警电路 5部分构成。计数器完成30秒减计时功能，而控制电路是控制计时器的直接清零、启动、计数、暂停/连续功能等功能。操作清零开关时能够使计数器清零并使显示器显示“ 00”，报警灯发光；当启动开关闭合时，控制电路应封锁脉冲信号，同时计数器完成置数功能， 显示器显示“ 30”；当启动开关断开时，计

3、数器开始计数；当暂停/连续开关闭合 时，控制电路封锁脉冲信号，计数器处于封存状态，计数器停止计数；当暂停 / 连续断开时，计数器连续累计计数；当计数器递减计数到零时，报警灯发出报警 信号。电路设计1.直流稳压电源电路直流稳压电路由电压变压器、整流滤波电路及稳压电路组成，结构框图如图2所示。24使输出为平滑的 输出较稳定的电4 irjiQoiS1 '0d2D3tirJ4DQ1 才D21N40D15 irjQQiC11mF22uFC2U1LM祁05壬tw VSKCS厶伽nF图2 直流稳压电源电路构成电压变压器的作用是将电网 220的交流电压变成整流电路所需要的交流电 压，通常为降压变压器。

4、整流电路是将输入的交流电压变换为单向脉动电压和电 流，这是还需在整流电路的输出端接入滤波电路滤除交流分量， 直流电压。稳压电路的作用是将滤波电路输出的电压经稳压后， 压。直流稳压电源的电路图如图 3所示。图3直流稳压电路图2. 计数器电路本实验中计数器选用中规模集成电路 74192进行设计，74192是十进制同步加法/减法计数器，它采用8421BCD码二-十进制编码，其功能表如表1所示。表1 74192的功能表CPUCPdLDCR操作XX00置数T110加计数1T10减计数XXX1清零74192的引脚图如图4所示。结合整机电路（见附录I ）可看出,当J3接5V时，CR为高电平，计时器清 零；当

5、J3接地时，CR为低电平、LD为低电平时，D0-D3端输入的数据do-d3被置 入计数器，QQQiC0=d3d2d1do。当CR为低电平，LD为高电平时，如果CPD为高电 平，由CPU端输入计数脉冲，进行加计数。如果 CPU为高电平，由CPD端输入计 数脉冲，则进行减计数。如果 CPU和CFD端都为咼电平，计数器保持状态不变。 用两片74192实现30秒定时器的计数如图5所示。当J3接地时（即CR=0，同 时启动开关J2打向下端时，两片74HC192的 Ld=0,计数器置30秒.当J2打向上 端时，LD=1，计时器工作，CPD端输入秒脉冲时进行减数。当计时器计时到 0时, BO和BQ同时输出低

6、电平0。-LOAD GLR-BO-CO> UP> DOWN74192N图4 74192引脚图接显示器接显示器B0脉冲信号图5三十进制减法计时器U3输出3. 时序控制电路图6是时序控制电路。J1是暂停/连续开关。开关J1打向右端时,高电平，控制门U4打开，秒脉冲信号可以通过控制门 U4使计数器进行减数；开关J2打向左端时，U3输出低电平，U4门关闭，秒脉冲信号被封锁，计数器处于 锁存状态。计数器完成30秒倒计时或清零后，B0为低电平，二极管发光，同时U1门关闭，计数器不再进行计数，并显示“ 00”。BOLEDQVCC5VR4 10kQR7V/V6O0Q?U4AI 74LSOONU3A

7、74bSMN17OR 1L<s Key = Space秒脉冲时序控制电路4. 秒脉冲信号产生电路LM555秒脉冲发生器的振荡周期 T=twi+tw2=0.7 ( R1+2R2) C,振荡频率f=1/T=1/ 0.7 (R1+2R2) C 1.43/ (R1+R2)C。本实验需要的周期是 1s,计算出较为稳定的电阻电容值为：R1=20.4k Q ,R2=20.8k Q , C 1=100nF ,C2=2.2卩F。LM555秒脉冲发生器由555集成定时器构成，其引脚图如图 7所示。脉冲 信号产生电路如图8所示。U3DI2LM555CMTEHTR：eod图7 LM555引脚图R120.4kD|

8、?8,8k£：!,JC2=r2uFvgc5VU93LJT OUTDUi_LM555CMT3.1KBTC1lOOnF秒脉冲图8脉冲信号产生电路5. 译码和数码显示电路译码器将各级十进制计数器的计数结果进行二-十进制译码，并驱动数码管用十进制符号显示出来。译码显示器如图 9所示。DCD HEX DIG RED图9译码显示器为保护显示器，使显示器与电阻串联，其电路图如图 10所示。U7接计时器DCD_HEX_DIG_REDIRG2X4DIP100Q图10 译码和数码显示电路6. 报警电路当计数器递减计数到零（即定时时间到）或直接清零时，显示器显示“00”，计数器保持零状态不变，BO输出为低

9、电平，此时+5V电源经10k电阻使 发光二极管导通并发出红光电报警信号，完成报警功能。报警电路如图11所示。接计时器I j74L50aDR7rWv600QLED1VCCBOI 5V脉冲信号图11发光报警电路四、性能的测试1. 直流稳压电源测试将万用表接到直流稳压电源上，进行仿真，其电路如图 测试结果显示的数据如图13所示。12所示。万用表T3图12直流稳压电源测试电路图13万用表的测试结果万用表的数据显示为5.007V，即所设计的直流稳压电源的输出电压为 5.007V，非常接近5V,所以可认为此直流稳压电源合格。2. 脉冲信号发生器测试将示波器连接到脉冲信号发生器上，进行仿真，其电路如图14所

10、示。示波器上所观察的波形如图15所示。XSCl=jr Ttq5VL<«R120.4kOTCCRJTDr3COTaTTiRTirCOTLM555i：MC2*22ul=C1= 100nF图14脉冲信号发生器测试电路谤示液謔-XHi时间a通道AI比刚fi乔莎比例15 WM位蛊 OY位贵 0I 叼T 初载 I 盼 I A/B I AC I Q JEE" 厂厂鮭发瞬丁毛厂ft 处釦 电平T1 >1 >时间通道亠通道-B応白11.723 s5.000 V反冋1T21.629 s0.000 V保存1T2*T1创.123 ms-5.000 VExt. Triggerr-通

11、IE比侧pw"遍 K电平 foAdoJ5y_J类型 正弦I标淮I自动|底图15示波器测试所显示波形示波器所显示波形的周期为94.129ms,即所设计的信号发生器的输出信号 周期为94.129ms，其信号频率非常接近1HZ所以此信号发生器合格。3. 整体电路测试（1）预置30秒对电路进行仿真，将J2打向下端（接地端），J3打向上端（接地端），J1 打向右端。此时LD为低电平，显示器显示“ 30”，其仿真结果如图16所示。KD HEX DIG RED DCD HEX DIG RED JJ5JGHDJQflKay = Space曲Ha :脳I12A iJlLSflHDU3A AWtjJMM

12、 IV酬 GNOJ JLU55KM0Cl :IflDnF43C3ua TX1J2NU5 M側2N< 7XJDIP glMJQJR52K4DIPIDOn和担_ 韻汕aS骞-!D2D4T3：& li1N4W1 ilN4(X)1INJMl JL1N4W1 :W：!L也iD3JWHl :U10LH；a(BCTC4CiKey - SpecetEor 即K浄 WOQJIKey = Spaceti图16 30秒置数仿真结果从显示器显示“ 30”可以得知，整个电路可圆满完成置数功能。（2）暂停/连续功能当置数30秒完成后，J2打向上端，计时器开始计时。计时开始后，暂停/ 连续开关J1打向右端时，

13、U3输出高电平，控制门L4打开，秒脉冲信号可以通 过控制门L4使计数器进行减数，实现连续功能；开关 J1打向左端时，L3输出 低电平，L4门关闭，秒脉冲信号被封锁，计数器处于锁存状态，实现暂停功能。17所示,J1打向右端时连续功能的仿J1打向左端时暂停功能的仿真结果如图 真结果如图18所示。92EEC HEK OK REDRE'lOkDJ2Key-Spwje 為i呂胆卫Key - SpsceKC «K HQ REDR5722WIP IMQwvLxssRE2XWIP1«Q0牡LLL斗-H0DJD? 1N40D1Ci丰 InFZMh =srJ4SI11571132H&#

14、171;9USMSZNUICLWJ3O5CT95，取 ：10WffDTEDffi» Auw卩41测3431m-:,t NjEB如。AuiaI J4tS«eDRJ ;iokn<U2AML顽ssifjp.R1 ：2O.4h0Cl zlOOtiFfflUSJIKet Space图17暂停功能的仿真结果43J2iKfi, - Space0Key -即KBiiDCD hO WG REDRSUTDCD HH «G REDL«<4D:<k«23 '?=需SgJs =S.U5 741KNR7 MV bWQ，丽 lOkQ2X4OIP&#

15、163;2ftin L J-(L：e "f"吕砕LLK弭VI314jCmL«<皿3 :HW34SLHA iTlLMflH"JI1 S皿虬U “AU9JC1 ilMitf'.tc3UMT E0500jjwm liiiwoolU9LUSijCu0c? ZuFS4Key = $p«*fl图18连续功能的仿真结果从图17的仿真结果可以看出，在减计时过程中，将 J1打向左端时（此时 显示器显示“ 10”，U3输出低电平，U4门关闭，秒脉冲信号被封锁，计时器停 止计时，且显示器显示结果保持不变（此时继续保持显示为“ 10”。从图18的仿真结果

16、可以看出，当J1打向左端后（即处于暂停状态），再将 J1打回右端，U3输出高电平，控制门U4打开，秒脉冲信号可以通过控制门 Ut， 此时显示器显示“ 09”，并继续递减，从而实现连续功能。根据以上结果可得出电路能够成功实现暂停/连续功能的结论。(3)报警功能当计时器计时到零时，显示器显示“ 发光二极管自动导通，发出红色报警信号。 二极管报警时的局部放大图。00”，此时计时器的BO端输出低电平，报警显示如图19所示。图20为发光60DC& HEX DIG REDIdKiZXDIP 1»043q厂U5 74192N<CvDRB 10祖J263Key - SpaceVGN 述

17、 HD"J3Key =BO端接+5VKD_HEX_DIG_MDRGM4MP wnIK* V(冊crorIR'7 5sGOOQlU'iA 科DON43AfiJ49_Key - SpaceT3广、220 Will碍習;JIFD3_D2 e ILIHOI"NDIH31M0to.INJOOIUWLM7B05CrD5 1NJD01 :ClImF =22iiFjASlSAM)56Jpj_ S7R2 '13.BUC2*2liFC1±10DnFLMSS5CU图19报警功能仿真结果思7_-6000LED1接U1图20报警时发光二极管的局部放大图（4）清零报警

18、功能计时器递减计时过程中（该过程中J2保持打向上端不变，J1保持打向右 端不变），将开关J3打向下端（接高电平），此时CR为高电平，计时器清零, 显示器显示“ 00”，报警器发出红色报警信号。清零仿真结果如图 21所示。图21清零功能仿真结果仿真结果表明将J3打向下端后，显示器自动清零，显示“ 00”，并且此时 报警器报警。电路能成功完成清零功能。五、结论根据实验要求，本设计方案圆满完成了设计要求和各项技术指标。电路结构六、较为简单，条理清晰，准确度较高。脉冲发生器使用的是 555振荡电路，通过对 器件参数的调整，使其精度和稳定程度都有较高保证。如果能够通过分频电路来 代替555信号发生器的话

19、，产生秒脉冲计时信号能够更加稳定和精准。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这个设计方案的出台离不开对资料的查询， 在查找资料的过程中我学会了如 何查找文献资料并把信息运用到自己的设计方案中去。在以后的学习和生活过程中，会遇到许多困难和疑惑，我们应该充分利用现有资源来解决现实中的问题。 这次实验也让我对所学的知识有了更多理性和感性的认识， 把所学运用到生活中 去解决问题具有一种愉悦感和成

20、就感。在连接实物图和仿真的过程中也遇到了不 少问题，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。 同时，遇到 困难时，要勇于向老师和同学请教。总之，在这次实验过程中，我收获颇丰。在过程中我得到了锻炼，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。参考文献1毕满清主编电子技术实验与课程设计（第三版）.M北京：机械工业出版社，2005年2 朱定华主编电子电路测试与实验.M北京：清华大学出版社，2004年3 杨志忠主编电子技术课程设计.M北京：机械工业出版社，2008年4 朱修文主编实用电子电路设计制作.M北京：中国电力出版社，2005年路勇主编.电子电路实验及仿真.M北京：北京交通大学出版社，2004年29附录I总电路图KD H