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文檔簡介
1、<p><b> 概述</b></p><p> 在籃球比賽中,規(guī)定了一方的持球時間不能超過30秒,否則就被判做犯規(guī)。本課程設(shè)計(jì)的“籃球競賽30秒計(jì)時器”,就可用于籃球比賽中,用于對球員持球時間30秒進(jìn)行限制。一旦球員的持球時間超過了30秒,計(jì)時器便自動報(bào)警。</p><p> 30秒計(jì)時器不僅可用于籃球比賽中,生活中也有許多地方可以用到,比如通過對預(yù)
2、置時間的更改,可以用于辯論賽等場合。</p><p> 此次課設(shè)設(shè)計(jì)了一個籃球競賽30秒計(jì)時器電路。它由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和時序控制電路五個部分組成。通過控制電路來完成計(jì)時器的直接清零、啟動、計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)等功能。計(jì)時器為30秒遞減計(jì)時器,其時間間隔為1秒;計(jì)時器遞減到零時,數(shù)碼顯示器不能滅燈,持續(xù)發(fā)光報(bào)警。并自行設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。</p><p> 這次實(shí)
3、踐,旨在增強(qiáng)學(xué)生思考問題,解決問題,以及將知識運(yùn)用于實(shí)際的能力,作為一名學(xué)生應(yīng)該好好珍惜這樣的機(jī)會。</p><p><b> 方案論證</b></p><p> 圖1 籃球競賽30秒計(jì)時器原理框圖</p><p> 30秒計(jì)時器的原理框圖如圖1所示。30秒計(jì)時器主要由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、時序控制電路和報(bào)警電路5部分構(gòu)成
4、。計(jì)數(shù)器完成30秒減計(jì)時功能,而控制電路是控制計(jì)時器的直接清零、啟動、計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)功能等功能。操作清零開關(guān)時能夠使計(jì)數(shù)器清零并使顯示器顯示“00”,報(bào)警燈發(fā)光;當(dāng)啟動開關(guān)閉合時,控制電路應(yīng)封鎖脈沖信號,同時計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能,顯示器顯示“30”;當(dāng)啟動開關(guān)斷開時,計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù);當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)閉合時,控制電路封鎖脈沖信號,計(jì)數(shù)器處于封存狀態(tài),計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù);當(dāng)暫停/連續(xù)斷開時,計(jì)數(shù)器連續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù);當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時,報(bào)警燈發(fā)出
5、報(bào)警信號。</p><p><b> 電路設(shè)計(jì)</b></p><p> 1. 直流穩(wěn)壓電源電路</p><p> 直流穩(wěn)壓電路由電壓變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成,結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。</p><p> 交流輸入 直流輸出 </p><p> 圖2 直流穩(wěn)壓電源電路構(gòu)成<
6、;/p><p> 電壓變壓器的作用是將電網(wǎng)220的交流電壓變成整流電路所需要的交流電壓,通常為降壓變壓器。整流電路是將輸入的交流電壓變換為單向脈動電壓和電流,這是還需在整流電路的輸出端接入濾波電路濾除交流分量,使輸出為平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路的作用是將濾波電路輸出的電壓經(jīng)穩(wěn)壓后,輸出較穩(wěn)定的電壓。直流穩(wěn)壓電源的電路圖如圖3所示。</p><p> 圖3 直流穩(wěn)壓電路圖</p>
7、<p><b> 2.計(jì)數(shù)器電路</b></p><p> 本實(shí)驗(yàn)中計(jì)數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74192進(jìn)行設(shè)計(jì),74192是十進(jìn)制同步加法/減法計(jì)數(shù)器,它采用8421BCD碼二-十進(jìn)制編碼,其功能表如表1所示。</p><p> 表1 74192的功能表</p><p> 74192的引腳圖如圖4所示。</p>
8、;<p> 結(jié)合整機(jī)電路(見附錄I)可看出,當(dāng)J3接5V時,CR為高電平,計(jì)時器清零;當(dāng)J3接地時,CR為低電平、LD為低電平時,D0-D3端輸入的數(shù)據(jù)d0-d3被置入計(jì)數(shù)器,Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0。當(dāng)CR為低電平,LD為高電平時,如果CPD為高電平,由CPU端輸入計(jì)數(shù)脈沖,進(jìn)行加計(jì)數(shù)。如果CPU為高電平,由CPD端輸入計(jì)數(shù)脈沖,則進(jìn)行減計(jì)數(shù)。如果CPU和CPD端都為高電平,計(jì)數(shù)器保持狀態(tài)不變。用兩片7419
9、2實(shí)現(xiàn)30秒定時器的計(jì)數(shù)如圖5所示。當(dāng)J3接地時(即CR=0),同時啟動開關(guān)J2打向下端時,兩片74HC192的LD=0,計(jì)數(shù)器置30秒.當(dāng)J2打向上端時,LD=1,計(jì)時器工作,CPD端輸入秒脈沖時進(jìn)行減數(shù)。當(dāng)計(jì)時器計(jì)時到0時,BO1和BO2同時輸出低電平0。</p><p> 圖4 74192引腳圖</p><p> BO 接顯示器
10、 接顯示器</p><p><b> 脈沖信號</b></p><p> 圖5 三十進(jìn)制減法計(jì)時器</p><p><b> 3. 時序控制電路</b></p><p> 圖6是時序控制電路。J1是暫停/連續(xù)開關(guān)。開關(guān)J1打向右端時,U3輸出高電平,控制門U
11、4打開,秒脈沖信號可以通過控制門U4使計(jì)數(shù)器進(jìn)行減數(shù);開關(guān)J2打向左端時,U3輸出低電平,U4門關(guān)閉,秒脈沖信號被封鎖,計(jì)數(shù)器處于鎖存狀態(tài)。計(jì)數(shù)器完成30秒倒計(jì)時或清零后,BO為低電平,二極管發(fā)光,同時U1門關(guān)閉,計(jì)數(shù)器不再進(jìn)行計(jì)數(shù),并顯示“00”。</p><p><b> 脈沖信號BO秒脈沖</b></p><p> 圖6 時序控制電路</p>
12、<p> 4.秒脈沖信號產(chǎn)生電路</p><p> LM555秒脈沖發(fā)生器的振蕩周期T=tw1+tw2=0.7(R1+2R2)C,振蕩頻率f=1/T=1/﹝0.7(R1+2R2)C﹞≈1.43/﹝(R1+R2)C﹞。本實(shí)驗(yàn)需要的周期是1s,計(jì)算出較為穩(wěn)定的電阻電容值為:R1=20.4kΩ,R2=20.8kΩ, C1=100nF ,C2=2.2μF。LM555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時器構(gòu)成,其引
13、腳圖如圖7所示。脈沖</p><p> 信號產(chǎn)生電路如圖8所示。</p><p> 圖7 LM555引腳圖</p><p><b> 秒脈沖</b></p><p> 圖8 脈沖信號產(chǎn)生電路</p><p> 5.譯碼和數(shù)碼顯示電路</p><p> 譯碼器
14、將各級十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行二-十進(jìn)制譯碼,并驅(qū)動數(shù)碼管用十進(jìn)制符號顯示出來。譯碼顯示器如圖9所示。</p><p><b> 圖9 譯碼顯示器</b></p><p> 為保護(hù)顯示器,使顯示器與電阻串聯(lián),其電路圖如圖10所示。</p><p><b> 接計(jì)時器</b></p><p>
15、; 圖10 譯碼和數(shù)碼顯示電路</p><p><b> 6.報(bào)警電路</b></p><p> 當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零 ( 即定時時間到 )或直接清零時 ,顯示器顯示“00”,計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 ,BO輸出為低電平,此時+5V電源經(jīng)10k電阻使發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)出紅光電報(bào)警信號,完成報(bào)警功能。報(bào)警電路如圖11所示。</p><p>&
16、lt;b> 接計(jì)時器</b></p><p> BO 脈沖信號</p><p> 圖11 發(fā)光報(bào)警電路</p><p><b> 性能的測試</b></p><p> 1.直流穩(wěn)壓電源測
17、試</p><p> 將萬用表接到直流穩(wěn)壓電源上,進(jìn)行仿真,其電路如圖12所示。萬用表測試結(jié)果顯示的數(shù)據(jù)如圖13所示。</p><p> 圖12 直流穩(wěn)壓電源測試電路</p><p> 圖13 萬用表的測試結(jié)果</p><p> 萬用表的數(shù)據(jù)顯示為5.007V,即所設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓為5.007V,非常接近5V,所以可認(rèn)
18、為此直流穩(wěn)壓電源合格。</p><p> 2.脈沖信號發(fā)生器測試</p><p> 將示波器連接到脈沖信號發(fā)生器上,進(jìn)行仿真,其電路如圖14所示。示波器上所觀察的波形如圖15所示。</p><p> 圖14 脈沖信號發(fā)生器測試電路 </p><p> 圖15 示波器測試所顯示波形</p><p> 示波器
19、所顯示波形的周期為94.129ms,即所設(shè)計(jì)的信號發(fā)生器的輸出信號周期為94.129ms,其信號頻率非常接近1HZ,所以此信號發(fā)生器合格。</p><p><b> 3.整體電路測試</b></p><p><b> (1)預(yù)置30秒</b></p><p> 對電路進(jìn)行仿真,將J2打向下端(接地端),J3打向上端(
20、接地端),J1打向右端。此時LD為低電平,顯示器顯示“30”,其仿真結(jié)果如圖16所示。</p><p> 圖16 30秒置數(shù)仿真結(jié)果</p><p> 從顯示器顯示“30”可以得知,整個電路可圓滿完成置數(shù)功能。</p><p> ?。?)暫停/連續(xù)功能</p><p> 當(dāng)置數(shù)30秒完成后,J2打向上端,計(jì)時器開始計(jì)時。計(jì)時開始后,暫
21、停/連續(xù)開關(guān)J1打向右端時,U3輸出高電平,控制門U4打開,秒脈沖信號可以通過控制門U4使計(jì)數(shù)器進(jìn)行減數(shù),實(shí)現(xiàn)連續(xù)功能;開關(guān)J1打向左端時,U3輸出低電平,U4門關(guān)閉,秒脈沖信號被封鎖,計(jì)數(shù)器處于鎖存狀態(tài),實(shí)現(xiàn)暫停功能。J1打向左端時暫停功能的仿真結(jié)果如圖17所示,J1打向右端時連續(xù)功能的仿真結(jié)果如圖18所示。</p><p> 圖17 暫停功能的仿真結(jié)果</p><p> 圖18
22、 連續(xù)功能的仿真結(jié)果</p><p> 從圖17的仿真結(jié)果可以看出,在減計(jì)時過程中,將J1打向左端時(此時顯示器顯示“10”),U3輸出低電平,U4門關(guān)閉,秒脈沖信號被封鎖,計(jì)時器停止計(jì)時,且顯示器顯示結(jié)果保持不變(此時繼續(xù)保持顯示為“10”)。 </p><p> 從圖18的仿真結(jié)果可以看出,當(dāng)J1打向左端后(即處于暫停狀態(tài)),再將J1打回右端,U3輸出高電平,控制門U4打開,秒脈沖
23、信號可以通過控制門U4,此時顯示器顯示“09”,并繼續(xù)遞減,從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)功能。</p><p> 根據(jù)以上結(jié)果可得出電路能夠成功實(shí)現(xiàn)暫停/連續(xù)功能的結(jié)論。</p><p><b> (3)報(bào)警功能</b></p><p> 當(dāng)計(jì)時器計(jì)時到零時,顯示器顯示“00”,此時計(jì)時器的BO端輸出低電平,發(fā)光二極管自動導(dǎo)通,發(fā)出紅色報(bào)警信號。報(bào)警顯示
24、如圖19所示。圖20為發(fā)光二極管報(bào)警時的局部放大圖。</p><p> 圖19 報(bào)警功能仿真結(jié)果</p><p><b> BO端</b></p><p> 接+5V 接U1</p><p> 圖20 報(bào)警時發(fā)光二極管的局部放大圖</p><p><b> ?。?)清零報(bào)
25、警功能</b></p><p> 計(jì)時器遞減計(jì)時過程中(該過程中J2保持打向上端不變,J1保持打向右端不變),將開關(guān)J3打向下端(接高電平),此時CR為高電平,計(jì)時器清零,顯示器顯示“00”,報(bào)警器發(fā)出紅色報(bào)警信號。清零仿真結(jié)果如圖21所示。</p><p> 圖21 清零功能仿真結(jié)果</p><p> 仿真結(jié)果表明將J3打向下端后,顯示器自動清
26、零,顯示“00”,并且此時報(bào)警器報(bào)警。電路能成功完成清零功能。</p><p><b> 五、 結(jié)論</b></p><p> 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,本設(shè)計(jì)方案圓滿完成了設(shè)計(jì)要求和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。電路結(jié)構(gòu)較為簡單,條理清晰,準(zhǔn)確度較高。脈沖發(fā)生器使用的是555振蕩電路,通過對器件參數(shù)的調(diào)整,使其精度和穩(wěn)定程度都有較高保證。如果能夠通過分頻電路來代替555信號發(fā)生器的話,產(chǎn)生
27、秒脈沖計(jì)時信號能夠更加穩(wěn)定和精準(zhǔn)。</p><p><b> 六、 性價比</b></p><p> 綜合各種因素來看,該方案所設(shè)計(jì)的電路比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。雖然由于該電路中的元?dú)饧r格低廉但電路的總體性能比較穩(wěn)定,效果很好,由此可見該方案的性價比還是很高的,若把該方案所設(shè)計(jì)的電路做成實(shí)物圖完全可以應(yīng)用到籃球比賽中。</p><p> 七、 課
28、設(shè)體會及合理化建議</p><p> 這個設(shè)計(jì)方案的出臺離不開對資料的查詢,在查找資料的過程中我學(xué)會了如何查找文獻(xiàn)資料并把信息運(yùn)用到自己的設(shè)計(jì)方案中去。在以后的學(xué)習(xí)和生活過程中,會遇到許多困難和疑惑,我們應(yīng)該充分利用現(xiàn)有資源來解決現(xiàn)實(shí)中的問題。這次實(shí)驗(yàn)也讓我對所學(xué)的知識有了更多理性和感性的認(rèn)識,把所學(xué)運(yùn)用到生活中去解決問題具有一種愉悅感和成就感。在連接實(shí)物圖和仿真的過程中也遇到了不少問題,通過自己的努力最終解決
29、了出現(xiàn)的各種問題,在這解決問題的過程中使我學(xué)到了許多以前不太了解的知識,同時也培養(yǎng)了思考問題的習(xí)慣。同時,遇到困難時,要勇于向老師和同學(xué)請教。</p><p> 總之,在這次實(shí)驗(yàn)過程中,我收獲頗豐。在過程中我得到了鍛煉,動手動腦的能力得到了加強(qiáng),學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p>
30、[1]畢滿清主編.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)(第三版).[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005年</p><p> [2]朱定華主編.電子電路測試與實(shí)驗(yàn).[M]北京:清華大學(xué)出版社,2004年</p><p> [3]楊志忠主編.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì).[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008年</p><p> [4]朱修文主編.實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)制作.[M]北京:中國電力出
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