籃球競賽秒計時器設(shè)計設(shè)計（論文）

1、<p>　　*********學(xué)院</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）</p><p>　　題 目： 籃 球 競 賽 30 秒 計 時 器 </p><p>　　系 別 ： 電子電氣工程系 1</p><p>　　專 業(yè) ： 電氣自動化技術(shù) 1</p><p>　　班

2、 級 ： 1</p><p>　　姓 名 ： </p><p>　　學(xué) 號 ： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　完成時間： </b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>

3、;　　籃球競賽30秒計時器</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要……………………………………………………… 第4 頁</p><p>　　第一章 計數(shù)器概述 …………………………………………… 第5 頁</p><p>　　1.1計時器的特點及應(yīng)用 …………………

4、……第5頁</p><p>　　1.2 設(shè)計任務(wù)及要求 ………………………… …第5頁</p><p>　　第二章 電路設(shè)計原理及單元模塊………………… …… ……第6頁</p><p>　　2.1 設(shè)計原理……………………………………… 第7頁</p><p>　　2.2 設(shè)計方案……………………………………… 第7頁</p>

5、<p>　　2.3 單元模塊 ………………………………………第8頁</p><p>　　2.3.18421BCD碼遞減計數(shù)器模塊 ………… 第8 頁 2.3.2 時鐘模塊 ………………………………第11頁</p><p>　　2.3.3 輔助時序控制模塊 ……………………第12頁</p><p>　　2.3.4 譯碼顯示模

6、塊 …………………………第14頁</p><p>　　第三章 安裝與調(diào)試……………………………………………… 第16頁</p><p>　　3.1電路的安裝…………………………………… 第16頁</p><p>　　3.2電路的調(diào)試…………………………………第16頁</p><p>　　第四章 設(shè)計體會……………………………………………

7、 第17頁</p><p>　　結(jié) 論 …………………………………………………第18頁</p><p>　　參考文獻……………………………………………… 第19頁</p><p>　　摘 要 </p><p>　　本課程設(shè)計是脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用，設(shè)計了籃球競賽30秒計時器。此計時器功能齊全，可以直接清零、啟動、暫停和連續(xù)

8、以及具有光電報警功能，同時應(yīng)用了七段數(shù)碼管來顯示時間。此計時器有了啟動、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實現(xiàn)斷點計時功能，當(dāng)計時器遞減到零時，會發(fā)出光電報警信號。本設(shè)計完成的中途計時功能，實現(xiàn)了在許多的特定場合進行時間追蹤的功能，在社會生活中也具有廣泛的應(yīng)用價值。</p><p>　　此計時器的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由以下3個組成，即計時模塊、控制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設(shè)計此計時器時，采用模塊化的設(shè)計思想，使設(shè)計

9、起來更加簡單、方便、快捷。此電路是以時鐘產(chǎn)生，觸發(fā)，倒計時計數(shù)，譯碼顯示為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造主體電路和輔助電路兩個部分。</p><p>　　關(guān)鍵詞 計時器 ； 光電報警 ； 模塊化. </p><p><b>　　計 時 器 概 述</b></p><p>　　1.1 計時器的特點及應(yīng)用 </p>

10、;<p>　　隨著社會文明的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進的電子技術(shù)在各個學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域占有不可或缺地位。在我國現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展進程中，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。而計時器恰恰是數(shù)字電子技術(shù)的一個重要組成部分，計時器是一個用來實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件，它不僅可以用來計脈沖個數(shù)，還常用來做數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻，執(zhí)行數(shù)字運算，以及其他特定的邏輯功能等等。</p><p>　　1.2 設(shè)計任務(wù)及要求<

11、/p><p>　　1.2.1基本要求：</p><p>　　(1) 具有顯示30秒計時功能；</p><p>　　(2) 系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；</p><p>　　(3) 在直接清零時，要求數(shù)碼管顯示器滅燈；</p><p>　　(4) 計時器為30秒遞減計時，其計時間隔為1秒

12、； </p><p>　　(5) 計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時發(fā)出光電報警信號。</p><p>　　1.2.2 設(shè)計任務(wù)及目標(biāo)： </p><p>　?。?） 根據(jù)原理圖分析各單元電路的功能； </p><p>　?。?） 熟悉電路中所用到的各

13、集成塊的管腳及其功能； </p><p>　?。?） 進行電路的裝接、調(diào)試，直到電路能達到規(guī)定的設(shè)計要求； </p><p>　　（4） 寫出完整、詳細的課程設(shè)計報告。</p><p>　　1.2.3 主要參考器件： </p><p>　　NE555 74LS161（1） 74LS

14、192（2）</p><p>　　第二章 電路設(shè)計原理與單元模塊</p><p><b>　　2．1 設(shè)計原理</b></p><p>　　30秒計時器的總體參考方案框圖如圖2-1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路（簡稱控制電路）等五個模塊組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計數(shù)器完成30秒計時

15、功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。</p><p>　　圖2-1 30秒計時器系統(tǒng)設(shè)計框圖</p><p>　　秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標(biāo)準，但本設(shè)計對此信號要求并不太高，故電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)</p><p><b>　　

16、成。</b></p><p>　　譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在實驗中可用發(fā)光二極管代替。 </p><p><b>　　2．2 設(shè)計方案</b></p><p>　　分析設(shè)計任務(wù)，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器

17、的啟動、暫停／連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，在設(shè)計控制電路時，應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。</p><p>　　當(dāng)啟動開關(guān)閉合時，控制電路應(yīng)封鎖時鐘信號CP，同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示“30”字樣；當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；當(dāng)暫停／連續(xù)開關(guān)撥在暫停位置上時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停／連續(xù)

18、開關(guān)撥在連續(xù)時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖2-1所示?；@球競賽30秒計時器實驗電路如圖2-2所示。</p><p>　　如果根據(jù)實驗所提供的參考器件，還可在秒脈沖發(fā)生模塊上做些變化，前者產(chǎn)生的脈沖周期直接是1秒；如果讓其產(chǎn)生的秒脈沖頻率為10Hz，觸發(fā)脈沖輸出的方波周期為0.1秒，再將該脈</p><p>　　圖2-2 籃球競賽30秒

19、計時器</p><p>　　沖信號送到由74LS161構(gòu)成的分頻器，由74LS161輸出的脈沖周期為1秒，再將該信號送到計數(shù)器74LS192的CP減計數(shù)脈沖端。如此就可得到兩個方案，由于兩方案原理相同，故本設(shè)計只采用方案一所述，即直接由555多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖周期為1秒的脈沖。其電路如圖2-2所示。 </p><p><b>　　2．3 單元模塊</b></p&

20、gt;<p>　　2.3.1 8421BCD碼遞減計數(shù)器模塊</p><p>　　計數(shù)器選用匯總規(guī)模集成電路74LS192進行設(shè)計較為簡便，74LS192是十進制可編程同步加鎖計數(shù)器，它采用8421碼二-十進制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加鎖計數(shù)功能。</p><p>　　圖2-3是74LS192外引腳及時序波形圖。圖中、分別是加計數(shù)、減計數(shù)的時鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。&

21、lt;/p><p>　　是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）， 、分別是進位、借位輸出端（低電平有效），CR是異步清零端，D3-D0是并行數(shù)據(jù)輸入殿，Q3-Q0是輸出端。</p><p>　　74192的功能表見下表2-1所示。其工作原理是：當(dāng)=1，CR=0時，若時鐘脈沖加到端，且=1 </p><p>　　圖2-3 74LS192外引腳及時序波形圖</p>

22、<p>　　圖2-3 74LS192外引腳及時序波形圖</p><p>　　則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計數(shù)功能，當(dāng)加計數(shù)到9時，端發(fā)出進位下跳變脈沖；若時鐘脈沖加到端，且 =1，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計數(shù)功能，當(dāng)減計數(shù)到0時， 端發(fā)出借位下跳變脈沖。由74LS192構(gòu)成的三十進制遞減計數(shù)器如下圖2-4所示</p><p>　　圖2-4 8421BCD三十遞減計

23、數(shù)器</p><p>　　其預(yù)置數(shù)為N=（00110000）= (30)10。</p><p>　　它的計數(shù)原理是 : 只有當(dāng)?shù)臀?端發(fā)出借位脈沖時 , 高位計數(shù)器才作減計數(shù)。當(dāng)高、低位計數(shù)器處于全零 , 且 為 0 時 , 置數(shù)端 =0, 計數(shù)器完成并行置數(shù) , 在 端的輸入時鐘脈沖作用下 , 計數(shù)器再次進入下一循環(huán)減計數(shù)。</p><p>　　2.3.2

24、時鐘模塊</p><p>　　為了給計數(shù)器74LS192提供一個時序脈沖信號,使其進行遞減計數(shù),本設(shè)計采用555構(gòu)成的多諧振蕩電路(即脈沖產(chǎn)生電路),其基本電路如圖2-6示.</p><p>　　其中555管腳圖如下圖2-5示.由555工作特性和其輸出周期計算公式可知,其產(chǎn)生的脈沖周期為: T=0.7(R1+2R2)C 。 </

25、p><p>　　因此,我們可以計算出各個參數(shù)通過計算確定了R1取15k歐姆,R2取68k歐姆,電容取C為10uF、C1為0.1uF,.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖,且其輸出周期為1秒.</p><p>　　圖2-5 555管腳圖 </p><p>　　圖2-6 555多諧振蕩電路圖</p><p>　　2.3.3 輔助時

26、序控制模塊</p><p>　　為了保證系統(tǒng)的設(shè)計要求 , 在設(shè)計控制電路時 , 應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。從系統(tǒng)的設(shè)計要求可知 , 控制電路要完成以下四項功能 : </p><p>　?、俨僮?“直接清零”開關(guān)時 , 要求計數(shù)器滅燈。 </p><p>　?、陂]合 “啟動” 開關(guān)時 , 計數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能 , 顯示器顯示 30 秒字樣 ; 斷開“啟動”開

27、關(guān)時 , 計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)。 </p><p>　?、郛?dāng) “暫停 / 連續(xù)”開關(guān)處于 “暫?！蔽恢脮r , 控制電路封鎖時鐘脈沖信號 CP , 計數(shù)器暫停計數(shù) , 顯示器上保持原來的數(shù)不變 ，“暫停 / 連續(xù)” 開關(guān)處于“連續(xù)”位置時 , 計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。 </p><p>　?、墚?dāng)計數(shù)器遞

28、減計數(shù)到零 ( 即定時時間到 ) 時 , 控制電路應(yīng)發(fā)出報警信號 , 使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時報警電路工作。如圖2-7所示.</p><p>　　圖2-7 光電報警電路</p><p>　　當(dāng)計數(shù)到零時,兩計數(shù)器借位端輸出多為低（0）,故本設(shè)計將高位片借位反饋到二極管負極性端,此時+5V電源經(jīng)1k電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報警信號,完成報警功能,而在遞減計數(shù)時,端輸出為高（1）,二

29、極管不報警.</p><p>　　圖 2-8 輔助時序控制電路圖（時鐘信號控制電路） </p><p>　　接 74LS192 的預(yù)置數(shù)控制端, 當(dāng)開關(guān) 合上時 , =0,74LS192 進行置數(shù) ; 當(dāng) 斷開時, =1,74LS192 處于計數(shù)工作狀態(tài) , 從而實現(xiàn)功能②的要求，當(dāng)然本設(shè)計只要將啟動信號直接加到置數(shù)端，見圖2-2。圖2-8 是時鐘脈沖信號 CP 的控制電路

30、 ,控制 CP 的放行與禁止。當(dāng)定時時間未到時 ,74LS192 的借位輸出信號路 , =1, 則 CP 信號受 “暫停 / 連 續(xù)” 開關(guān)的控制 , 當(dāng)處于“暫?！?位置時 ,門 輸出 0, 門 關(guān)閉 , 封鎖 CP 信號 , 計數(shù)器暫停計數(shù) ; 當(dāng) 處于 “連續(xù)”位置時 , 門 輸出 1, 門 打開 , 放行 CP 信號 , 計數(shù)器在 CP 作用下 , 繼續(xù)累計計數(shù)。 </p><p>　　當(dāng)定時時間到時

31、=0, 門 G2 關(guān)閉, 封鎖 CP 信號, 計數(shù)器保持零狀態(tài)不變。從而實現(xiàn)了功能③、④的要求。注意 ,是脈沖信號 , 只有在 保</p><p>　　持為低電平時,輸出的低電平才能保持不變。至于功能①的要求, 可通過控制 74LS192 的異步清零端CR 實現(xiàn) ( 圖中未畫出 ) 。</p><p>　　2．3．4 譯碼顯示模塊</p><p>　　此模塊主要是

32、由74LS48譯碼器和共陰極七段LED顯示器組成，通過計數(shù)器加到譯碼器，從而實現(xiàn)共陰極七段LED顯示器從30遞減到零的計數(shù)顯示功能。</p><p>　　1.74LS48是七段顯示譯碼器，其管腳圖如下圖2-9所示?，F(xiàn)將各管腳功能介紹一下： </p><p>　　A、B、C、D是BCD碼的輸入端； </p><p>　　a,b,c,d,e,f,g是輸出端； </

33、p><p>　　試燈輸入端：低電平有效。當(dāng)＝0時， </p><p>　　數(shù)碼管的七段應(yīng)全亮，與輸入的譯碼信號無關(guān)。本輸入端用于測試數(shù)碼管的好壞； </p><p>　　動態(tài)滅零輸入端：低電平有效。當(dāng)＝1、＝0、且譯碼輸入為0時，該位輸出不顯示，即0字被熄滅；當(dāng)譯碼輸入不全為0時，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無效的0。如數(shù)據(jù)0034.5

34、0可顯示為34.5；</p><p>　　滅燈輸入/動態(tài)滅零輸出端：這是一個特殊的端鈕，有時用作輸入，有時用作輸出。當(dāng)作為輸入使用，且＝0時，數(shù)碼管七段全滅，與譯碼輸入無關(guān)。當(dāng)RBOBI/作為輸出使用時，受控于和：當(dāng)＝1且＝0時，＝0；其它情況下＝1。本端鈕主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。</p><p>　　圖2-9 74LS48管腳圖</p><p

35、>　　2.共陰極七段LED顯示器是較常用的顯示數(shù)碼管，但在使用時要注意的是：</p><p>　　1.看清楚自己用的數(shù)碼管是共陰極還是共陽極的，最好在焊之前用萬電用表測一下它的極性，其管腳圖如下圖2-10所示，如果為共陰極的，其管腳COM端接地；如果為共陽極的，起管腳COM段要接高電平。</p><p>　　2.還要注意在數(shù)碼管電路上加上一保護電阻，起限電流的作用。</p>

36、;<p>　　圖2-10 共陰極七段LED顯示器管腳圖 </p><p><b>　　安裝與測試</b></p><p><b>　　3.1 電路的安裝</b></p><p>　　電路安裝要注意幾個原則：</p><p>　　1.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊的等；<

37、;/p><p>　　2. 布線盡量使電源線和地線靠近實驗電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；</p><p>　　3. 最好分模塊安裝等等。</p><p>　　此外焊接時不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因為有些器件，不能耐高溫，比如焊接三極管時，電烙鐵絕對不能停留太久。</p><p><b>　　3.2 電路的調(diào)試</

38、b></p><p>　　調(diào)試時應(yīng)小心謹慎，電路安裝完畢后，首先應(yīng)檢查電路各部分的接線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件的引腳之間有無短路，器件有無接錯。再接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無異?，F(xiàn)象。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新通電。</p><p><b>　　設(shè)計體會</b></p><p&

39、gt;　　這次的實現(xiàn)設(shè)計，是我感受最深收獲最大的一次。最為一個電子系的學(xué)生，設(shè)計肯定是我們以后的發(fā)展方向。這正好是一次最好的理論結(jié)合實踐。</p><p>　　從通過理論設(shè)計，到仿真軟件仿真，再到確定具體方案，再到安裝實際電路，最后到調(diào)試電路、成型。整個過程都需要我充分利用所學(xué)的知識進行思考、借鑒。這次的設(shè)計可以說是對目前學(xué)習(xí)知識最全面的檢驗設(shè)計過程很復(fù)雜很累，但是更覺得充實。</p><p&

40、gt;　　在設(shè)計過程中，構(gòu)想思路很重要，稍微一個小錯誤就會導(dǎo)致后面一大不餓錯誤，因此在這之前我查閱了很多相關(guān)的資料書籍。</p><p>　　在設(shè)計過程中最難得要屬安裝、焊接過程了，這是是一個考驗人耐心的過程，對電路的安裝、焊接、分析、調(diào)試要循序漸進，不能急躁。因為在仿真軟件上較理論上還是存在一定的差距，仿真能出來結(jié)果的在實際電路不一定就能出來，這就需要我們有耐心，尋找一個比較正確的調(diào)試方法。</p>

41、<p>　　要做好本次的課程設(shè)計，熟練掌握課本理論知識是前提。這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行一定的分析和解決。能完成本次設(shè)計，離不開老師辛勤地指導(dǎo)幫助，老師能在百忙中來指導(dǎo)我，使我能更好地完成設(shè)計?？傊兄x老師的指導(dǎo)?。。?lt;/p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本設(shè)計主要通過模塊化思想，逐步實現(xiàn)設(shè)計所需達到的功能要求：<

42、;/p><p>　　時鐘模塊為遞減計數(shù)提供一個頻率為1Hz的脈沖信號，從而實現(xiàn)計數(shù)器計數(shù)間隔為1秒鐘；</p><p>　　計數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達到能顯示遞減計數(shù)功能；</p><p>　　報警模塊是為了實現(xiàn)當(dāng)減計數(shù)到零時發(fā)出光電報警信號；</p><p>　　控制模塊主要是為了實現(xiàn)計時器的啟動、直接清零和暫停/連續(xù)功能，其中在直接清零時

43、，由外控制開關(guān)控制譯碼器消隱端，從而可以實現(xiàn)顯示譯碼器滅燈；通過暫停/連續(xù)開關(guān)從而實現(xiàn)斷點計時功能。</p><p>　　至此，本設(shè)計能完成所有任務(wù)及要求。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1].王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計（脈沖與數(shù)字電路　第三版）.高等教育出版社.1999</p><p

44、>　　[2].高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.電子工業(yè)出版社.2002</p><p>　　[3].孫人杰.電路數(shù)據(jù)手冊TTL電路.電子工業(yè)出版社。1989</p><p>　　[4]. 《中國集成電路大全》編寫委員會.中國集成電路大全TTL集成電路.北京國防工業(yè)出版社.1985</p><p><b>　　畢業(yè)論文中期檢查表</b>