籃球競賽秒計時器設(shè)計課程設(shè)計

1、沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計（說明書）籃球競賽30秒計時器設(shè)計班級 / 學(xué)號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課 程 名 稱 數(shù)字邏輯課程設(shè)計 院（系） 計算機學(xué)院 專業(yè) 計算機科學(xué)與技術(shù) 班級 學(xué)號 姓名 課程設(shè)計題目 籃球競賽30秒計時器設(shè)計 課程設(shè)計時間: 2010 年 07 月 15 日 至 2010 年 07 月 24 日課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計說明在籃球比賽進行過程中經(jīng)常需要計時操作，設(shè)計一個用于籃球競賽的30秒計時器。其原理參考框圖如圖1所示。 圖1 籃球競賽30秒計時器原理框圖二、技術(shù)指標(biāo)1具有顯示30秒的計時功能。2設(shè)置外部操

2、作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停 / 連續(xù)功能。 3計時器為30秒遞減計時器，其計時間隔為1秒 。4計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，應(yīng)發(fā)出光電報警信號。三、設(shè)計要求1在選擇器件時，應(yīng)考慮成本，要求采用LED顯示。2根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。四、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路。2進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。五、推薦參考資料1劉修文主編.實用電子電路設(shè)計制作.M北京：中國電力出版社，2005年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3路勇主編.電子電路實驗及仿真.M

3、北京：北方交通大學(xué)出版社，2004年六、按照要求撰寫課程設(shè)計報告指導(dǎo)教師 年 月 日負責(zé)教師 年 月 日學(xué)生簽字 年 月 日成績評定表評語、建議或需要說明的問題：指導(dǎo)教師簽字： 日期：成 績一、 概述在籃球比賽中，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，它自動的報警。這次課設(shè)設(shè)計了一個一個籃球競賽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。當(dāng)計數(shù)器接收到秒脈沖后開始倒記數(shù)，等遞減到0時，發(fā)光二極管亮光報警。通

4、過控制電路來完成計時器的啟動、計數(shù)、暫停/繼續(xù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。本電路用兩個74LS192芯片構(gòu)成遞減計數(shù)器（30進制）；控制電路由74LS00和74LS08構(gòu)成；秒脈沖發(fā)生器由555集成定時器構(gòu)成；兩個數(shù)碼管構(gòu)成顯示電路。二、 方案論證 圖1 籃球競賽30秒計時器原理框圖籃球競賽30秒計時器原理框圖如圖1所示。功能的電路采用模塊化設(shè)計，分別都有各自的功能。籃球競賽30秒計時器包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路、報警電路等5個部分組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成30秒計時功能，而控制電路控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停繼續(xù)計數(shù)。當(dāng)啟動置數(shù)開關(guān)時，計數(shù)器完

5、成置數(shù)功能顯示30秒字樣；當(dāng)啟動開關(guān)時，計數(shù)器開始計數(shù)；暫停繼續(xù)開關(guān)連接到連續(xù)計數(shù)端時，計數(shù)器開始連續(xù)計數(shù)，當(dāng)連接到暫停計數(shù)端時，計數(shù)器暫停計數(shù)。計數(shù)器遞減到零時，發(fā)出光電報警信號。三、 電路設(shè)計(1) 8421BCD碼遞減計數(shù)器模塊電路本實驗中計數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進行設(shè)計，74LS192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。 表1 74LS192的功能表CPUCPDCR操作××00置數(shù)110加計數(shù)110減計數(shù)×××1清零由此看出,當(dāng)LD=1,CR=0,CPD=1時,如果有時鐘

6、脈沖加到CPU端,則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進行加法計數(shù),當(dāng)計數(shù)到9時,CO端輸出進位下降沿跳變脈沖；當(dāng)LD=1，CR=0，CPU=1時，如果有時鐘脈沖加到CPD端，則計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到0時，BO端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設(shè)計出三十進制減法計數(shù)器，具體電路圖如圖2所示,圖中的Q0-Q7分別接到顯示譯碼器的輸入端，CPD端接到秒脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端。圖中預(yù)置數(shù)為N=（0011000）8421BCD=（30）10，當(dāng)?shù)臀挥嫈?shù)器的借位輸出端BO輸出借位脈沖時，高位計數(shù)器才開始進行減法計數(shù)。當(dāng)計數(shù)到高、低位計數(shù)器都為零時，高位計數(shù)器的借位輸出端BO輸出借位脈沖，使置數(shù)端L

7、D=0，則計數(shù)器完成置數(shù)，在CPD端輸入脈沖的作用下，進行下一循環(huán)的減法計數(shù)。 圖2 三十進制減法計時器(2) 時鐘信號控制電路 圖3時鐘信號控制電路圖3是時鐘脈沖信號 CP 的控制電路 ,控制 CP 的放行與停止。當(dāng)定時時間未到時，74LS192的借位輸出信號BO2=1時，則CLK信號受“暫停/繼續(xù)”開關(guān)S2的控制，當(dāng)S2處于“暫停”位置時，門U10A輸出0，門U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號，計數(shù)器暫停計數(shù)；當(dāng)S2處于“連續(xù)”位置時，門U10A輸出1，門U2A打開，放行CLK信號，計數(shù)器在CLK作用下，繼續(xù)累計計數(shù)。當(dāng)定時時間到時，BO2=0，門U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號，計數(shù)器保持零狀態(tài)不變。

8、從而實現(xiàn)了當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)處于暫停狀態(tài)時，控制電路封鎖計數(shù)脈沖，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示原來的數(shù)，而且保持不變；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)處于連續(xù)狀態(tài)時，計數(shù)器正常計數(shù)，的功能要求。注意，BO2是脈沖信號，只有在CPD保持為低電平才能保持不變。(3) 秒脈沖信號產(chǎn)生模塊電路NE555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時器構(gòu)成，其引腳圖如圖4所示。NE555秒脈沖發(fā)生器的周期與其充電的時間有關(guān)，充電時間由圖11中的電容C1、電阻R1和R2所決定周期的計算公式為：T=Ln2(R1+2R2)×C1。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=15k,R2=68k, C1=10F,C2=10nF。

9、計算得T=1s。 圖4秒脈沖發(fā)生電路(4) 顯示模塊電路顯示模塊用來顯示計時模塊輸出的即時計時和中途計時結(jié)果。是由七段數(shù)碼管構(gòu)成，計時模塊輸出計時信號通過譯碼器譯碼由數(shù)碼管顯示出來。如圖5所示。 圖5顯示譯碼電路(5) 光報警模塊當(dāng)計數(shù)器遞減計數(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6所示。 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）,二極管不報警。 +5V 600 BO2

10、圖6發(fā)光報警電路四、 性能的測試(1) 秒脈沖信號發(fā)生電路的仿真將秒信號發(fā)生器接到示波器上，如圖6所示。觀察輸出波形，如圖7所示。 圖6秒脈沖信號發(fā)生器仿真圖7 秒脈沖信號的波形圖(2) 30秒置數(shù)仿真測試 啟動S1（低電平）成置數(shù)功能 , LD置為低電平出現(xiàn)30秒字樣 ; 斷開S1（高電平），LD置為高電平，計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)，如圖8所示。 圖8 30秒置數(shù)仿真測試(3) 暫停/繼續(xù)仿真測試 當(dāng)暫停/繼續(xù)開關(guān)S2處于暫停位置（低電平）時，控制電路封鎖計數(shù)脈沖，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示原來的數(shù)，而且保持不變，如圖9所示；當(dāng)暫停/繼續(xù)開關(guān)S2處于連續(xù)位置（高電平）時，計數(shù)器正常計數(shù)如圖10所示

11、圖9暫停仿真測試 圖10連續(xù)仿真測試(4) 報警電路的仿真當(dāng)計數(shù)器計到狀態(tài)“00”時，高位片的借位輸出端BO產(chǎn)生低電平借位脈沖信號，由此導(dǎo)通發(fā)光二極管產(chǎn)生光報警信號。圖11報警電路的仿真五、 結(jié)論根據(jù)實驗結(jié)果，本設(shè)計方案基本完成了設(shè)計的要求，總的來說該方案是十分可行的，電路結(jié)構(gòu)簡單，條理清晰，結(jié)果符合要求。但是由于產(chǎn)生的脈沖信號不易保持以及產(chǎn)生的秒脈沖信號不夠穩(wěn)定和精確的原因還存在著報警時間過短和計數(shù)時間不夠精確的缺陷，可以通過用分頻電路來代替555信號發(fā)生器來產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈沖計時信號，來進一步改善電路計時的準(zhǔn)確性；對產(chǎn)生的借位脈沖信號時間過短的原因可以用展寬電路把脈沖擴展到足夠?qū)?，使發(fā)光二極

12、管持續(xù)發(fā)光。六、 性價比 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。七、 課設(shè)體會及合理化建議經(jīng)過一段時間的查找資料和思考問題，最終把設(shè)計方案設(shè)計出來了。其中在查找資料的過程中收獲頗豐，在這個過程中使我學(xué)會了如何查找文獻資料并運用到自己的方案中去。經(jīng)過一番深思熟慮后設(shè)計出比較實用的電路圖，然后用仿真軟件進行仿真。在仿真的過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，并通過自己的努力最終解決了出現(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

13、的知識，同時也培養(yǎng)了思考問題的習(xí)慣，經(jīng)過一番奮斗后，仿真的結(jié)果符合設(shè)計要求。在連接實物圖的過程中須得步步為營，若是一著不慎連錯了后果是很嚴(yán)重的，不好檢查線路，因此連線時須的小心再小心。經(jīng)過最后的努力，終于把實物圖所產(chǎn)生的結(jié)果與仿真一致。最終，在自己的不懈努力和老師同學(xué)的幫助下我的課程設(shè)計終于完成了，課設(shè)中充滿了歡笑與淚水，為一小塊的成功而高興，為一時的困難而傷心，但整個過程是快樂的，因為我在過程中得到了鍛煉，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，使我深刻體會了“一分耕耘一分收獲”的道理，總之我在課程設(shè)計中學(xué)到了許多真是一言難盡。在這里我謝謝老師和同學(xué)們的幫助，謝謝大家。參考文獻1. 劉修文主編.是用電子電路設(shè)計制作.【M】北京：中國電力出版社，20052. 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，20043. 路勇主編.電子電路實驗及仿真.【M】北京：北京交通大學(xué)出版社，2004附錄I 總電路圖附錄II 元