課程設(shè)計---籃球競賽24秒計時器

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p><b>　　2 方案的選定2</b></p><p>　　2.1 設(shè)計任務(wù)及要求2</p><p>　　2.2 計時器的特點及其應(yīng)用2</p>&l

2、t;p>　　2.3 設(shè)計方案的比較與選定2</p><p>　　3電路設(shè)計原理與實驗電路3</p><p>　　3.1試驗理論分析3</p><p><b>　　3.2電路設(shè)計4</b></p><p>　　3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路的設(shè)計4</p><p>　　3.2.2 計數(shù)

3、器電路的設(shè)計5</p><p>　　3.2.3 單元譯碼顯示電路的設(shè)計7</p><p>　　3.2.4 控制電路的設(shè)計8</p><p>　　3.2.5 報警電路的設(shè)計8</p><p><b>　　4電源電路9</b></p><p><b>　　5電路的仿真10<

4、/b></p><p>　　6重要元器件引腳圖及邏輯圖12</p><p>　　6.1 74LS192資料12</p><p>　　6.2 74LS48資料13</p><p><b>　　結(jié)束語14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b>&

5、lt;/p><p>　　附錄1 原件清單16</p><p>　　附錄2 原理圖17</p><p><b>　　致謝18</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計主要是完成籃球競賽24秒計時器，顯示24秒倒計時功能，系統(tǒng)設(shè)置外部操作開

6、關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時，數(shù)碼管顯示器全部顯示為“0”；計時器為24秒遞減計時，其計時間隔為1秒；計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時發(fā)出光電報警信號等。</p><p>　　整個電路的設(shè)計借助于Multisim 10.0.1仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識，并在Multisim 10.0.1下設(shè)計和進(jìn)行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。</p><p>

7、;　　關(guān)鍵字：計時器；數(shù)碼顯示器；Multisim</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design aims at completing a twenty-four seconds times of basketball competition,shows the functions of counting down

8、twenty-four seconds and the settings of external switch,controls the timer's function of clear,start,pause or continue.When cleared directly,The digital display shows nothing but zero.The twenty-four timer counts dec

9、ending with interval of one second. Besides,if the twenty-four timer decreases to zero,the light of the digital display is still on and gives out alarm signal at </p><p>　　The design of all circuits depend o

10、n the Multision 10.0.1 simulative software and the relevantly theorectical knowledge of digital logic circuits.With the instruction of Multision 10.0.1,We spare no effort to design and simulate the timer.Finally, we get

11、the expected result.</p><p>　　Key words: Timer;Digital display;Multisim10.0.1</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著信息時代的到來，電子技術(shù)在社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，運用模電和數(shù)電知識設(shè)計的電子產(chǎn)品成為了社會生活不可缺少的一

12、部分，特別是在各種競技運動中，計時器成為檢驗運動員成績的一個重要工具。在許多領(lǐng)域中，計時器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、還可以用來做為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會是何其重要的。</p><p><b>　　2 方案的選定</b></p><p>　　2.1設(shè)計任務(wù)及要求&

13、lt;/p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　①設(shè)計一個計時器，要求具有顯示24秒計時功能。</p><p>　?、谠O(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>　?、墼谥苯忧辶銜r，要求數(shù)碼顯示器滅燈。</p><p>　?、苡嫊r器為24秒遞

14、減計時，計時間隔為1秒。</p><p><b>　　提高要求：</b></p><p>　　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>　　2.2 計時器的特點及其應(yīng)用</p><p>　　此籃球計時器操作方便，具有直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能以及報警功能，大量的運用在籃球比賽里

15、。</p><p>　　2.3 設(shè)計方案的比較與選定</p><p>　　本設(shè)計的核心部分是要設(shè)計一個24s倒計數(shù)器，并且對計數(shù)結(jié)果進(jìn)行實時顯示，同時要實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)中提到的各種控制要求，因此該系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生電路，計數(shù)器電路，譯碼顯示電路，控制電路和電路報警電路5部分。其中，計數(shù)器電路和控制電路時系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器電路完成24s倒計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器的啟動記數(shù)、暫停

16、、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)碼顯示器顯示零。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24S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)，出于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停、連續(xù)開關(guān)撥在連續(xù)時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計框圖如（1）、

17、（2）。</p><p><b>　?。?）方案1：</b></p><p><b>　　圖1 整體方框圖一</b></p><p><b>　　（2）方案2：</b></p><p>　　方案一的控制電路對每一單元模塊實行獨立的控制，相對與方案2電路更具有穩(wěn)定性，所以我們選擇

18、方案1。</p><p>　　3電路設(shè)計原理與實驗電路</p><p><b>　　3.1試驗理論分析</b></p><p>　?。?）8421BCD碼24進(jìn)制數(shù)遞減計數(shù)器是由74LS192構(gòu)成的。74LS192是十進(jìn)制計數(shù)器，具有“異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進(jìn)位和借位輸出端。在減計數(shù)時，當(dāng)需要進(jìn)行多級擴(kuò)展連接時，只要將低位的BO端接

19、到高位的PD端 ，因為只有當(dāng)?shù)臀黄挠嫈?shù)結(jié)果到零狀態(tài)時，BO才會有脈沖輸出，且以低電平作為有效輸出。只有當(dāng)?shù)臀籅O端發(fā)出借位脈沖，高位計數(shù)器才做減計數(shù)。當(dāng)高，低位計數(shù)器全為零時，且CPD為0時，置數(shù)端2，計數(shù)器完成并行置數(shù)，在PD端得輸入時鐘脈沖作用下，計數(shù)器進(jìn)入下一輪循環(huán)減計數(shù)。此計數(shù)器預(yù)置數(shù)為N=（00100100）=（24）10。.</p><p>　　（2）輔助時序控制電路，由與非門電路控制時鐘信號CP的

20、放行與禁止。</p><p>　?。?）本設(shè)計要求計時的時間間隔為1s，輸出頻率為1HZ，所以脈沖頻率要為10HZ。采用由555集成塊組成的標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路。</p><p><b>　　3.2電路設(shè)計</b></p><p>　　此計數(shù)器由秒脈沖發(fā)生電路，計數(shù)器電路，譯碼顯示電路，控制電路和電路報警電路5部分組成。</p>&l

21、t;p>　　3.2.1標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路的設(shè)計</p><p>　　秒脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的信號是電路的時序脈沖和定時標(biāo)準(zhǔn)，本電路采用555集成電路構(gòu)成。</p><p>　　圖3 標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖發(fā)生電路</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)脈沖電路如上圖所示[1]，它由555定時器組成的多諧振蕩器，為系統(tǒng)提供時鐘秒脈沖。555定時器應(yīng)用為多諧振蕩電路時，當(dāng)電源接通VCC通過電阻R

22、1和R2向電容C2充電，其上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)UC上升至2/3VCC，使3腳輸出為低電平，同時放電三極管T導(dǎo)通，此時電容C2通過R2和T放電，2腳處電壓下降，當(dāng)2腳處電壓下降到VCC/3時，3腳處電壓翻轉(zhuǎn)為高電平，電容C2放電所需的時間為</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　當(dāng)放電結(jié)束時，T截止，VCC將通過R1，R2向電容C2充電，2

23、處電壓由VCC上升到2/3VCC所需時間為</p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　當(dāng)UC上升到2/3VCC時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到了一個周期性的矩形波。</p><p>　　定時元件為15kΩ、為68kΩ、C為10μF，產(chǎn)生1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，振蕩器振蕩頻率計算公式</p

24、><p><b>　?。?）</b></p><p>　　3.2.2計數(shù)器電路的設(shè)計</p><p>　　圖4 計數(shù)器及譯碼顯示電路</p><p>　　計數(shù)器采用74LS192同步可逆雙時鐘計數(shù)器[5]，其管腳引線排列圖如圖4所示。74LS192的UP/ DOWN端分別是加/減計數(shù)器的時鐘輸入端。在置數(shù)控制端LOAD=1.

25、 清零端CLR=0的情況下，若DOWN=1，計數(shù)脈沖加入到UP端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計數(shù)，CO端發(fā)出進(jìn)位負(fù)脈沖，若UP=1，計數(shù)脈沖加入到DOWN端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計數(shù)，當(dāng)減計數(shù)到0時，BO借位輸出端發(fā)出借位負(fù)跳變脈沖。LOAD為異步并行置數(shù)端，當(dāng)LOAD=0時，計數(shù)器置數(shù)，LOAD=1時，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài).計數(shù)器及譯碼顯示電路如圖4所示。用兩片74LS192設(shè)計成二十四進(jìn)制減法計數(shù)器，由74LS48譯碼，

26、7端碼顯示器顯示計時時間。計數(shù)器個位接成四進(jìn)制，置數(shù)端A.C .D 均接低電平“0”,計數(shù)器十位接成二進(jìn)制，A. B兩置數(shù)端接高電平“1”，C.D端接低電平“0”。計數(shù)脈沖信號接入個位計數(shù)器的DOWN減脈沖輸入端（UP端接高電平）。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，計數(shù)器計數(shù)到零時停止計數(shù)，為此，將十位計數(shù)器的BO借位端與脈沖信號源通過與門連接，使計數(shù)到零時，BO=0，封鎖CP信號，計數(shù)器保持零狀態(tài)不變，控制電

27、路發(fā)出報警聲信號，使報警電路工作，信號燈亮。</p><p>　　3.2.3 單元譯碼顯示電路的設(shè)計</p><p>　　圖5 單元譯碼顯示電路</p><p>　　用74LS48和共陰極LED顯示器組成，如圖7所示，74LS48輸入信號為BCD碼，輸出端為a、b、c、d、e、f、g共七線，另有3條控制線。LT端為測試端。在LT端接高電平的條件下，無論輸入端A、B、

28、C、D為何值，a~g輸出全部為高電平，使7段顯示器件顯示“8”字型，此功能用于測試器件。RBI為滅零輸入端。在BI/RBO=1的條件下，當(dāng)輸入A、B、C、D不全為零時，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。BI/RBO端為消隱輸入端。該輸入端具有最高級別的控制權(quán)，當(dāng)該端為低電平時，不管其他輸入端為何值，輸出端a~g均為低電平，這可使共陰顯示器熄滅。另外，該端還有第二個功能─滅零信號輸出端，當(dāng)該位輸入的A、B、C、D=0000時，此時輸出低

29、電平；若該位輸入的A、B、C、D不等于零，則輸出高電平。若將RBI與BI/RBO配合使用，很容易實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示時的滅零控制。74LS48可直接驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管而不需要外界限流電阻。此處要是保持?jǐn)?shù)碼管不黑屏就將BI/RB0，RBI置1就可以了，LT是檢查數(shù)碼管的好壞的，如果不需要的話直接接高電平。其他端口按照abcdefg的對應(yīng)關(guān)系連接好以保證顯示正</p><p>　　3.2.4 控制電路的設(shè)計</

30、p><p><b>　　圖6 控制電路</b></p><p>　　籃球競賽24秒計時器功能控制由外部開關(guān)控制實現(xiàn)，如圖8所示S1控制計數(shù)器的暫停/計數(shù)控制。S1為“1”時（左合），秒脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖信號被封鎖，計數(shù)器暫停計數(shù)，當(dāng)S1為“0”時（右合），控制門電路打開，秒脈沖信號送到計數(shù)器的減脈沖輸入端，開關(guān)S3控制LOAD的異步并行置數(shù)控制端，當(dāng)S3閉合時，LOAD

31、=0，計數(shù)器預(yù)置數(shù)，S3斷開時，LOAD=1，計數(shù)器處于計數(shù)工作狀態(tài)。計數(shù)器清零由S2開關(guān)控制，CLR=1時計數(shù)器清零，CLR=0時，計數(shù)器正常計數(shù)。</p><p>　　3.2.5報警電路的設(shè)計</p><p><b>　　圖7 放光報警電路</b></p><p>　　如圖7所示，報警電路采用DIODE LED型號發(fā)光二極管，發(fā)光二極管具有

32、單向?qū)щ娦?。只有?dāng)外加的正向電壓使得正向電路足夠大時才發(fā)光，它的開啟電壓比普通二極管的大，正向電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。當(dāng)24秒計時結(jié)束到00時，發(fā)光二極管發(fā)光提醒計時人員。</p><p><b>　　4電源電路</b></p><p>　　圖8 直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后?/p>

33、過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓，尤其此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動，負(fù)載和溫度的變化而變化，因而在整流、濾波電路之后，還需要穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。</p><p><b>　　圖9 電源電路</b></p><p>　　

34、直流穩(wěn)壓交流電經(jīng)過整流和濾波可以變成直流電，但是它的電壓是不穩(wěn)定的，供電電壓的變化或用電電流的變化，都能引起電源電壓的波動。要獲得穩(wěn)定不變的直流電源，還必須再增加由7805穩(wěn)壓塊組成的直流穩(wěn)壓電路，圖中電流穩(wěn)壓交流電經(jīng)過橋堆的整流后，會產(chǎn)生紋波，很不穩(wěn)定，在其后面接C12，進(jìn)行濾波，由于電解電容具有電感性，無法完全消除紋波，這個時候就需要再后面再并聯(lián)一個小電容C13，C12是輸入端的濾波電容，C14是輸出端的濾波電容，電路中7805是三

35、端集成穩(wěn)壓器，輸出正5V直流電壓，輸入電壓至少大于7V，使輸入/輸出之間有2-3V及以上的壓差。</p><p><b>　　5 電路的仿真</b></p><p><b>　　圖10 仿真圖</b></p><p>　　將各部分電路模塊連接成完整的籃球競賽24秒計數(shù)電路，如圖5所示?；@球競賽24秒計時器開始計數(shù)之前，首先

36、將控制開關(guān)S3左合，使計數(shù)器清零端CLR=1，計數(shù)器清零。此時，顯示器顯示“00“。然后將S3右合，使CLR=0，不影響計數(shù)器的工作狀態(tài)。將計數(shù)/暫停控制開關(guān)S1右合，使計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)。此時，控制開關(guān)S1引入低電平，打開控制門電路，秒脈沖信號將通過與非門和反相器輸入到個位計數(shù)器的減計數(shù)輸入端DOWN端。再將置數(shù)端控制門開關(guān)S3閉合，使LOAD=0，對74192進(jìn)行預(yù)置數(shù)。由于計數(shù)器已經(jīng)設(shè)置成二十四進(jìn)制，為此，顯示器將顯示24。斷開開

37、關(guān)S3（LOAD=1），計數(shù)器從二十四開始減計數(shù)，計數(shù)時間到，十位計數(shù)器的借位端BO=0，此信號將關(guān)閉控制門電路，秒脈沖信號被封鎖，計數(shù)器不能獲得計數(shù)脈沖而暫停計數(shù)，并保持零狀態(tài)不變，顯示器顯示“00”，一次計時完成。同時，控制電路發(fā)出報警信號，報警電路工作，信號燈亮。</p><p>　　6重要元器件引腳圖及邏輯圖 </p><p>　　6.1 74LS192資料</p>

38、<p>　　圖中：PL為置數(shù)端，CPU為加計數(shù)端，CPD為減計數(shù)端，TCU為非同步進(jìn)位輸出端， TCD為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，MR為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端[3]。</p><p>　　圖11 74LS192的引腳排列及邏輯符號</p><p>　　表一 74LS192真值表</p><p><b&

39、gt;　　74LS48資料</b></p><p>　　圖12 74LS48邏輯圖</p><p>　　輸出端（a~g）為高電平有效，可驅(qū)動燈緩沖器或共陰極VLED。當(dāng)要求輸出0─15時，消隱輸入（BI)應(yīng)為高電平或開路，對于輸出為0時還要求脈沖消隱輸入（RBI）為高電平或者開路，當(dāng)（BI）為低電平時，不管其他輸入端狀態(tài)如何，a~g均為低電平，讓RBI和地址端（A0?A3)均為

40、低電平，并且燈測試端（LT）為高電平時，a~g為低電平，脈沖消隱輸出（RBO）也變?yōu)榈碗娖剑?dāng)BI為高電平或開路時，LT為低電平可使a~g均為高電平[4]。</p><p><b>　　表2 引出端符號</b></p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　本設(shè)計主要通過模塊化思想，逐步實現(xiàn)設(shè)計所需要達(dá)到

41、的功能要求：</p><p>　　時鐘模塊為減計數(shù)器提供一個頻率為1Hz的脈沖信號，從而實現(xiàn)計數(shù)器計數(shù)間隔為1秒鐘；計數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達(dá)到能顯示減計數(shù)功能；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；控制模塊主要是為了實現(xiàn)計數(shù)器的啟動、直接清零和暫停/連續(xù)功能。</p><p>　　至此，本設(shè)計能完成所有任務(wù)及要求。</p><p><b>

42、;　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分).第四版.北京：高等教育出版社，2006：P34-P78.</p><p>　　[2]康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分).第四版.北京：高等教育出版社，2006：P79-P113.</p><p>　　[3]姜威主編，實用電子系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ).北京：北京理工大學(xué)出版社，2

43、008：P44-P78.</p><p>　　[4]彭介華主編，電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)，北京：高等教育出版社，1998：P110-P145.</p><p>　　[5]張玉璞，李慶常.電子技術(shù)課程設(shè)計[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2001：P133-P145.</p><p>　　[6]何希才主編，新型電子電路應(yīng)用實例，北京：科學(xué)出版社，2005：P120-P14

44、4.</p><p>　　[7]殷瑞祥主編，電路與模擬電子技術(shù)，北京：高等教育出版社，2008：P179-P199.</p><p>　　[8]王振紅，張常年主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗及綜合設(shè)計，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：P34-P77.</p><p><b>　　附錄1 原件清單</b></p><p><b

45、>　　表格二 元件清單</b></p><p><b>　　附錄2 原理圖</b></p><p><b>　　圖13 完整電路圖</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　衷心感謝我的指導(dǎo)教師xx老師在論文的寫作過程中對我的悉心指

46、導(dǎo)，他嚴(yán)謹(jǐn)精細(xì)的治學(xué)態(tài)度，淵博的知識，孜孜不倦的工作熱忱和誨人不倦的精神，我將銘記在心！感謝物電系的老師對我成長的關(guān)心和幫助。要特別感謝我的家人，他們的關(guān)愛使我對生活充滿信心，勇敢地面對生活、學(xué)習(xí)中的各種壓力；是他們使我安心完成學(xué)業(yè)。最后感謝圖書館、電子閱覽室為我提供查找資料的場所和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。</p><p><b>　　聲 明</b></p><p>　　本人

47、聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得內(nèi)江師范學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均以在論文中作了說明并表示謝意。</p><p>　　本學(xué)位論文成果是本人在內(nèi)江師范學(xué)院讀書期間在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的，論文成果歸內(nèi)江師范學(xué)院所有，特此聲明