籃球競賽30秒計時器設(shè)計課程設(shè)計

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)計的“籃球競賽30秒計時器”，就可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間30秒進行限制。一旦球員的持球時間超過了30秒，計時器便自動報警。</p><p>　　30秒計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)計了一個籃球競賽30秒計時器電路。它由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報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時器的直接清零、啟動、計數(shù)、暫停/連續(xù)等功能。計時器為30秒遞減計時器，其時間間隔為1秒；計時器遞減到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，持續(xù)發(fā)光報警。并自行設(shè)計直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　這次實

3、踐，旨在增強學(xué)生思考問題，解決問題，以及將知識運用于實際的能力，作為一名學(xué)生應(yīng)該好好珍惜這樣的機會。</p><p><b>　　方案論證</b></p><p>　　圖1 籃球競賽30秒計時器原理框圖</p><p>　　30秒計時器的原理框圖如圖1所示。30秒計時器主要由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、時序控制電路和報警電路5部分構(gòu)成

4、。計數(shù)器完成30秒減計時功能，而控制電路是控制計時器的直接清零、啟動、計數(shù)、暫停/連續(xù)功能等功能。操作清零開關(guān)時能夠使計數(shù)器清零并使顯示器顯示“00”，報警燈發(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，計數(shù)器開始計數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)閉合時，控制電路封鎖脈沖信號，計數(shù)器處于封存狀態(tài)，計數(shù)器停止計數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)斷開時，計數(shù)器連續(xù)累計計數(shù)；當(dāng)計數(shù)器遞減計數(shù)到零時，報警燈發(fā)出

5、報警信號。</p><p><b>　　電路設(shè)計</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.計數(shù)器電路</b></p><p>　　本實驗中計數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74192進行設(shè)計，74192是十進制同步加法/減法計數(shù)器，它采用8421BCD碼二-十進制編碼，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)合整機電路（見附錄I）可看出,當(dāng)J3接5V時，CR為高電平，計時器清零；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端輸入計數(shù)脈沖，進行加計數(shù)。如果CPU為高電平，由CPD端輸入計數(shù)脈沖，則進行減計數(shù)。如果CPU和CPD端都為高電平，計數(shù)器保持狀態(tài)不變。用兩片7419

9、2實現(xiàn)30秒定時器的計數(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,計數(shù)器置30秒.當(dāng)J2打向上端時，LD=1，計時器工作，CPD端輸入秒脈沖時進行減數(shù)。當(dāng)計時器計時到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 三十進制減法計時器</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使計數(shù)器進行減數(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，計數(shù)器處于鎖存狀態(tài)。計數(shù)器完成30秒倒計時或清零后，BO為低電平，二極管發(fā)光，同時U1門關(guān)閉，計數(shù)器不再進行計數(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﹞。本實驗需要的周期是1s，計算出較為穩(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、將各級十進制計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果進行二-十進制譯碼，并驅(qū)動數(shù)碼管用十進制符號顯示出來。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>　　接計時器</b></p><p>

15、;　　圖10 譯碼和數(shù)碼顯示電路</p><p><b>　　6.報警電路</b></p><p>　　當(dāng)計數(shù)器遞減計數(shù)到零 ( 即定時時間到 )或直接清零時 ,顯示器顯示“00”，計數(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)出紅光電報警信號,完成報警功能。報警電路如圖11所示。</p><p>&

16、lt;b>　　接計時器</b></p><p>　　BO 脈沖信號</p><p>　　圖11 發(fā)光報警電路</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

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>　?。?）預(yù)置30秒</b></p><p>　　對電路進行仿真，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，計時器開始計時。計時開始后，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使計數(shù)器進行減數(shù)，實現(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，計數(shù)器處于鎖存狀態(tài)，實現(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，計時器停止計時，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現(xiàn)暫停/連續(xù)功能的結(jié)論。</p><p><b>　　(3)報警功能</b></p><p>　　當(dāng)計時器計時到零時，顯示器顯示“00”，此時計時器的BO端輸出低電平，發(fā)光二極管自動導(dǎo)通，發(fā)出紅色報警信號。報警顯示

24、如圖19所示。圖20為發(fā)光二極管報警時的局部放大圖。</p><p>　　圖19 報警功能仿真結(jié)果</p><p><b>　　BO端</b></p><p>　　接+5V 接U1</p><p>　　圖20 報警時發(fā)光二極管的局部放大圖</p><p><b>　　（4）清零報

25、警功能</b></p><p>　　計時器遞減計時過程中（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，計時器清零，顯示器顯示“00”，報警器發(fā)出紅色報警信號。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”，并且此時報警器報警。電路能成功完成清零功能。</p><p><b>　　五、 結(jié)論</b></p><p>　　根據(jù)實驗要求，本設(shè)計方案圓滿完成了設(shè)計要求和各項技術(shù)指標。電路結(jié)構(gòu)較為簡單，條理清晰，準確度較高。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、秒脈沖計時信號能夠更加穩(wěn)定和精準。</p><p><b>　　六、 性價比</b></p><p>　　綜合各種因素來看，該方案所設(shè)計的電路比較經(jīng)濟實惠。雖然由于該電路中的元氣件價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)計的電路做成實物圖完全可以應(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)會了如何查找文獻資料并把信息運用到自己的設(shè)計方案中去。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)實中的問題。這次實驗也讓我對所學(xué)的知識有了更多理性和感性的認識，把所學(xué)運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，在這次實驗過程中，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，學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　

30、[1]畢滿清主編.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計（第三版）.[M]北京：機械工業(yè)出版社，2005年</p><p>　　[2]朱定華主編.電子電路測試與實驗.[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.[M]北京：機械工業(yè)出版社，2008年</p><p>　　[4]朱修文主編.實用電子電路設(shè)計制作.[M]北京：中國電力出