籃球比賽計(jì)時(shí)器.doc

1、太原科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 籃球比賽計(jì)時(shí)器學(xué)院：太原科技大學(xué)華科學(xué)院專業(yè)、班級(jí)：電氣062203H姓名：趙飛學(xué)號(hào)：200622050336指導(dǎo)教師：黃慶彩2008年1月目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3二、總體框圖3三、器件選擇5四、功能模塊6五、總體設(shè)計(jì)電路圖14六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析15七、心得體會(huì)16八、參考文獻(xiàn)16籃球比賽計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)12分00秒籃球比賽倒計(jì)數(shù)定時(shí)器2、要求：1. 籃球比賽全場(chǎng)時(shí)間為48分鐘，共分為4節(jié)，每節(jié)12分鐘，要求開機(jī)自動(dòng)置節(jié)計(jì)數(shù)器為第“1”節(jié)，節(jié)計(jì)數(shù)器為“12分00秒”。2. 用數(shù)字顯示籃球比賽當(dāng)時(shí)節(jié)數(shù)及每節(jié)時(shí)間的倒計(jì)

2、時(shí)，計(jì)數(shù)器由分秒計(jì)數(shù)器完成，秒計(jì)數(shù)器為模60，分計(jì)數(shù)器應(yīng)能計(jì)滿12分鐘。3. 能隨時(shí)用鈕子開關(guān)控制比賽的啟動(dòng)/停止，啟動(dòng)后開始比賽，停止期間不計(jì)時(shí)，重新啟動(dòng)后繼續(xù)計(jì)時(shí)。4 每節(jié)比賽時(shí)間結(jié)束時(shí)，能以音響自動(dòng)提示并暫停計(jì)時(shí)，同時(shí)節(jié)數(shù)自動(dòng)加1。5 秒信號(hào)不必考慮時(shí)間精度，可利用實(shí)驗(yàn)儀上所提供的連續(xù)脈沖（方波）。 二、總體框圖本設(shè)計(jì)主要由四大模塊電路構(gòu)成：計(jì)數(shù)器、顯示器、音響電路、控制電路。計(jì)數(shù)器功能是用兩個(gè)可預(yù)置數(shù)減法計(jì)數(shù)器組成，實(shí)現(xiàn)從60秒遞減到0秒，該計(jì)數(shù)器可以由兩塊MSI計(jì)數(shù)器構(gòu)成，一塊十進(jìn)制，一塊六進(jìn)制，組合起來(lái)就構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里用的是兩片74LS192；分計(jì)數(shù)也是用兩片74LS19

3、2構(gòu)成的十二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)從12分遞減到00分；節(jié)計(jì)數(shù)是用74LS192構(gòu)成的加法計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)從第一節(jié)到第四節(jié)的計(jì)數(shù)。仿真和硬件操作中都可以直接接七段數(shù)碼顯示譯碼器。 仿真和硬件操作中沒有音響,所以用發(fā)光二極管代替。控制電路實(shí)現(xiàn)的功能有啟動(dòng)，暫停/連續(xù)，譯碼顯示電路的顯示，滅燈?？刂破麟S著計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的狀態(tài)發(fā)生改變，計(jì)時(shí)期間，用電器開關(guān)斷開，當(dāng)計(jì)時(shí)完畢時(shí)，用電器開關(guān)閉合。圖1為計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖，圖1籃球比賽計(jì)時(shí)器的原理框圖 計(jì)數(shù)器：對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行記數(shù)并減位,秒和秒之間10進(jìn)制,秒和分之間60進(jìn)制; 即一個(gè)六十進(jìn)制減法器、一個(gè)十二進(jìn)制減法器、一個(gè)四進(jìn)制加法的計(jì)數(shù)器。顯示器：采用5片L

4、ED顯示器把各位的數(shù)值顯示出來(lái)，是計(jì)數(shù)器最終的輸出，有節(jié)數(shù)、分和秒； 控制器：控制電路是對(duì)計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)（記時(shí)開始/暫停/繼續(xù)/復(fù)位等）進(jìn)行控制的單元，可由觸發(fā)器和開關(guān)組成。本實(shí)驗(yàn)中，我主要設(shè)計(jì)的是分、秒和節(jié)的計(jì)數(shù)，即課程設(shè)計(jì)要求中的1、2兩點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器和顯示器；并設(shè)計(jì)開機(jī)和節(jié)結(jié)束置數(shù)的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的置數(shù)和減計(jì)數(shù)。三、選擇器件1、計(jì)數(shù)器件74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。下面介紹74LS192的引腳圖和74LS192的功能表。 CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。 LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 CO為進(jìn)位輸出：

5、1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出， BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。圖2 74LS192引腳圖 可以根據(jù)74LS192的引腳圖來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件連接，圖2中P0、P1、P2、P3分別為D0、D1、D2、D3，可以通過(guò)LD=0，給這四個(gè)引腳接高電平或低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)置數(shù)，Q0、Q1、Q2、Q3為74LS192的輸出端，可以直接接七段數(shù)碼顯示譯碼器。PL為L(zhǎng)D引腳，接0時(shí)置數(shù)，用做加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)，必須接1。MR為CR引腳，當(dāng)接一時(shí)，實(shí)現(xiàn)清零。TCU為CO，是進(jìn)位輸出端。TCD為BO，是借位輸出端。CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01000000DCBADCBAO11加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù)表1

6、 74LS192功能表 根據(jù)表1中74LS192的功能表，當(dāng)LD=1，CR=0，CPD=1時(shí)，如果有時(shí)鐘脈沖加到CPU端，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到9（1001）時(shí)，CO端輸出進(jìn)位下降沿跳變脈沖；當(dāng)LD=1，CR=0，CPU=1時(shí)，如果有時(shí)鐘脈沖加到CPD端，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到0（0000）時(shí)，BO端輸出借位下降沿跳變脈沖。2、置數(shù)實(shí)現(xiàn)器件74LS04是6非門(反相器)他的工作電壓5V，他的內(nèi)部含有6個(gè)coms反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0，把0變成1。下面是芯片的管腳圖圖3 74LS192管腳圖四、功能模塊1、計(jì)數(shù)器秒信號(hào)經(jīng)秒、分計(jì)數(shù)

7、器后分別得到“秒”個(gè)位、十位，“分”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào)，然后輸出到譯碼顯示電路?！懊搿庇?jì)數(shù)器應(yīng)為60進(jìn)制，而“分”計(jì)數(shù)器可為大于等于12的任意進(jìn)制。（1）秒計(jì)數(shù)器：六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 可以由兩塊MSI計(jì)數(shù)器構(gòu)成，一塊十進(jìn)制，一塊六進(jìn)制，組合起來(lái)就構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)驗(yàn)室可提供的MSI計(jì)數(shù)器有T213、T217、74LS90、74LS190、74LS192、74LS160等，在這里我采用74LS192設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制同步加法/減法計(jì)數(shù)器，具有直接清零、異步置數(shù)功能。由籃球比賽的特點(diǎn)，計(jì)時(shí)器可以設(shè)計(jì)成距離比賽結(jié)束的時(shí)間，因此這種方案需用減法計(jì)數(shù)器，而對(duì)每一節(jié)的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的又是加法計(jì)數(shù)

8、器，而74LS192既可以實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù)，也可以實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)。74LS192本身就是十進(jìn)制，所以圖3中U4直接利用借位輸出端BO，一旦有借位則BO給U3一個(gè)下降沿，U3就開始減計(jì)數(shù)，從而秒的個(gè)位實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制。圖4 十進(jìn)制電路圖要想實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制，則一開始要將U3置成六，必須使LD=0，才能置數(shù)；但要實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，又必須使LD=1。所以我使用了CR的清零功能，總開關(guān)閉合時(shí)，CR=1，此時(shí)顯示為0，總開關(guān)斷開時(shí)，CR=0，減計(jì)數(shù)開始，U4上BO輸出借位為0，LD接BO=0，給U3置數(shù)，下一瞬間，BO=1，LD=1，則U3從六開始遞減。U4有借位輸出，U3則減1，如此遞減，直到U3、U4全減為0，LD又給U

9、3置數(shù)。一直循環(huán)形成六十進(jìn)制。如圖4。圖5 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 （2）分計(jì)數(shù)器：12進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器 由兩塊MSI計(jì)數(shù)器構(gòu)成，低位是十進(jìn)制，高位可為一個(gè)任意進(jìn)制，再利用置初始值“12”來(lái)實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制。圖6 分計(jì)數(shù)的置數(shù) 我用74LS192的LD完成分計(jì)數(shù)的置數(shù)和減計(jì)數(shù)功能，給U14的數(shù)據(jù)輸入為1（0001），U12的數(shù)據(jù)輸入為2（0010）。 按空格開關(guān)閉合，此時(shí)是接地，為低電平，LD=0，實(shí)現(xiàn)置數(shù)功能，顯示12分，如圖5。按空格開關(guān)打開后，此時(shí)為高電平，LD=1，當(dāng)脈沖來(lái)時(shí)，做減計(jì)數(shù)，如圖6。圖7 分的減計(jì)數(shù)（3）節(jié)計(jì)數(shù)器：四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 由一塊74LS192構(gòu)成，使數(shù)據(jù)輸入為“0001”，當(dāng)?shù)?/p>

10、電平有效信號(hào)控制其置數(shù)端時(shí)，便實(shí)現(xiàn)置1。同理，按空格鍵開關(guān)閉合，LD=0，U15置數(shù)為1，開始節(jié)計(jì)數(shù)，如圖7；開關(guān)斷開后，LD=1，當(dāng)分十位有借位輸出時(shí)，便給CPU一個(gè)脈沖，U15便開始加1，實(shí)現(xiàn)節(jié)計(jì)數(shù)，如圖8。圖8 節(jié)計(jì)數(shù)的置數(shù)圖9 節(jié)計(jì)數(shù)的加法控制電路由兩片74LS192組成，用74LS192來(lái)控制計(jì)數(shù)器12分00秒的遞減計(jì)時(shí)，在控制電路中用A和空格分別來(lái)控制電路的啟動(dòng)、暫停/連續(xù)或是停止工作。在這當(dāng)中CP的作用也是不同的，當(dāng)A和空格為“1”時(shí)，CP經(jīng)非門為0，LD為1，電路開始計(jì)時(shí)，當(dāng)A為“0”時(shí)，CP=1，有清零功能，LD=0，有置數(shù)功能，電路不工作并置數(shù)，顯示器就為“1” “2” “

11、0” “0”。當(dāng)空格置為“0”時(shí)，計(jì)時(shí)器暫停工作，則CP停止工作。當(dāng)空格為“1”時(shí)，CP繼續(xù)工作。2、顯示器直接用仿真和硬件上的七段數(shù)碼顯示譯碼器。3、置數(shù)和計(jì)數(shù)的開關(guān)控制剛開始按下開關(guān)，要求計(jì)時(shí)器顯示12分00秒，再按開關(guān)后，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。置數(shù)時(shí)，要求LD全部為0，計(jì)數(shù)時(shí)，要求LD為1，但74LS192是十進(jìn)制，秒計(jì)時(shí)要求是六十進(jìn)制，即要求在顯示六十秒時(shí)，置為00，LD在計(jì)數(shù)和置數(shù)上矛盾，所以我用總的開關(guān)來(lái)控制六進(jìn)制的清零端CR，同時(shí)控制其余的LD端，使其可以用一個(gè)開關(guān)來(lái)控制置數(shù)和計(jì)時(shí)。實(shí)現(xiàn)時(shí)，CR=1清零，LD=0開始置數(shù)，所以可以用一個(gè)非門來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)。其開關(guān)的設(shè)置如下頁(yè)所示，開關(guān)閉合時(shí)

12、，為低電平，LD實(shí)現(xiàn)置數(shù)，CR經(jīng)反相器為高電平，開始清零；開關(guān)斷開，為高電平，LD=1，CR=0，開始計(jì)時(shí)。開關(guān)閉合斷開時(shí)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，即會(huì)有高低電平不穩(wěn)的狀況，這就需要有防抖動(dòng)開關(guān)來(lái)使其穩(wěn)定。防抖動(dòng)開關(guān)和節(jié)結(jié)束開關(guān)的實(shí)現(xiàn)是由我的同組者來(lái)設(shè)計(jì)。圖10 開關(guān)控制計(jì)數(shù)五、總體設(shè)計(jì)電路圖圖11 總體設(shè)計(jì)電路圖在總電路圖中，當(dāng)開關(guān)A接右時(shí)，經(jīng)防抖動(dòng)開關(guān)輸出為低電平，經(jīng)過(guò)與門，仍為低電平，則LD=0，實(shí)現(xiàn)置數(shù)；開關(guān)A接左時(shí)，輸出為高電平，從左往右，第二片74LS192上沒有借位輸出，BO=1，經(jīng)與門后，輸出為高電平，經(jīng)過(guò)脈沖，則實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)。暫停/連續(xù)開關(guān)由空格鍵控制，當(dāng)接右時(shí)，經(jīng)防抖動(dòng)開關(guān)輸出為1，BO無(wú)

13、借位時(shí)輸出為1，有脈沖時(shí)為1，經(jīng)三輸入的與非門為0，再經(jīng)與非門為1，所以能正常工作；當(dāng)開關(guān)接左時(shí)，經(jīng)防抖動(dòng)開關(guān)后為0，經(jīng)兩個(gè)與非門仍為0，實(shí)現(xiàn)暫停計(jì)時(shí)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析（一）實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 將五片74LS192中的 LD置為低電平，將第四片CP信號(hào)接為高電平，實(shí)現(xiàn)了置數(shù)“12分00秒”。后將A斷開，LD=1，CP=0，計(jì)時(shí)器開始工作，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)，同時(shí)在顯示器上按脈沖來(lái)遞減顯示。2、 用基本的RS觸發(fā)器連接成防抖動(dòng)開關(guān)，用空格鍵來(lái)控制與非門的輸出來(lái)控制暫停和連續(xù)。（二）結(jié)果分析1、撥動(dòng)開關(guān)，當(dāng)A=0時(shí)重新置數(shù)，當(dāng)A=1時(shí)開始計(jì)數(shù)。當(dāng)按空格鍵輸出為0時(shí)暫停，當(dāng)按空格鍵輸出為1時(shí)繼續(xù)。2、當(dāng)計(jì)時(shí)器從

14、12分00秒遞減到00分00秒時(shí)，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光報(bào)警。3、手動(dòng)控制K1和K2實(shí)現(xiàn)暫停和連續(xù)功能。（三）在MULTISIM中進(jìn)行仿真 用Multisim2001進(jìn)行模擬仿真，按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)好的電路在Multisim2001中進(jìn)行放置元件、設(shè)置電路參數(shù)、連接各元件，然后進(jìn)行功能測(cè)試，經(jīng)幾次修改布線錯(cuò)誤最終仿真成功。其中也出現(xiàn)些不可避免的誤差，例如剛開始檢查連線都無(wú)誤后，還是不能正確顯示數(shù)字，換了兩片74LS192芯片，才正確顯示。 七、心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)有了更進(jìn)一步的熟悉，實(shí)際操作和課本上的知識(shí)有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個(gè)看似很簡(jiǎn)單的電路，要?jiǎng)邮职阉O(shè)計(jì)出來(lái)就比較困難了，要求我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)中注意，要把課本上所學(xué)到的知識(shí)和實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)通過(guò)本次電路的設(shè)計(jì)，不但鞏固了所學(xué)知識(shí)，也使我們把理論與實(shí)踐從真正意義上結(jié)合起來(lái)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的興趣，考驗(yàn)了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，和組織材料的綜合能力。在這幾周的學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)中，我感覺有了很大的收獲：首先，通過(guò)實(shí)驗(yàn)及查閱相關(guān)資料使自己對(duì)課本上的知識(shí)有了更深的掌握，更好的理解，使自己的理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，同時(shí)實(shí)驗(yàn)也增強(qiáng)了我個(gè)人的動(dòng)手能力。對(duì)我們學(xué)生來(lái)說(shuō)，理論與實(shí)際同樣重要，這是我們以后在工作中說(shuō)明自己能力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。另外，針對(duì)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)查資料和請(qǐng)教老師，得到解決