籃球比賽計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 數(shù)字電子技術(shù) 課題名稱 籃球競(jìng)賽計(jì)時(shí)系統(tǒng) 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 0701 學(xué) 號(hào) 10 姓 名 胡吉全 指導(dǎo)教師 郭照南 2010 年 5 月 24 日湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) 題 目：籃球競(jìng)賽計(jì)時(shí)系統(tǒng) 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化0701 班 學(xué)生姓名：胡吉全 學(xué)號(hào)：10 指導(dǎo)老師： 郭照南 審 批：任務(wù)書下達(dá)日期 2010年5月24日星期一設(shè)計(jì)完成日期 2010年6月4日星期五 設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求一 設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)制作一個(gè)籃球競(jìng)賽計(jì)時(shí)系統(tǒng)： 1、具有顯示每節(jié)12分鐘比賽時(shí)間的倒計(jì)時(shí)功能； 具有顯示 24S 倒計(jì)時(shí)功能：用四個(gè)數(shù)碼管分別顯示分、秒

2、，其計(jì)時(shí)間隔為1S。并用四個(gè)LED分別自動(dòng)指示比賽節(jié)數(shù) 2 、設(shè)置啟動(dòng)鍵和暫停/繼續(xù)鍵，分別控制兩個(gè)計(jì)時(shí)器的直接啟動(dòng)計(jì)數(shù)，暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)功能。 3、設(shè)置復(fù)位鍵：按復(fù)位鍵可隨時(shí)返回初始狀態(tài)，時(shí)間顯示電路顯示分別為12.00和24S。 4、計(jì)時(shí)器遞減計(jì)數(shù)到00.00時(shí)，計(jì)時(shí)器停止工作，并給出報(bào)警信號(hào)。 5、功能擴(kuò)展（自選）；二 設(shè)計(jì)要求：1 設(shè)計(jì)思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；2 設(shè)計(jì)各單元電路，給出具體設(shè)計(jì)思路、電路器件；3 總電路設(shè)計(jì)；4 安裝調(diào)試電路；5 寫出設(shè)計(jì)報(bào)告；主要設(shè)計(jì)條件1. 提供直流穩(wěn)壓電源、信號(hào)源、示波器等儀器；2. 提供各類TTL集成電路芯片、電阻、電容及插接件等元器件。3. 提

3、供電子綜合實(shí)驗(yàn)裝置。說明書格式1、 課程設(shè)計(jì)封面；2、 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書；3、 說明書目錄；4、 設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖；5、 單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）；6、 總電路設(shè)計(jì)（總電路圖）；7、 安裝、調(diào)試步驟；8、 故障分析與電路改進(jìn)；9、 總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)；10、 附錄（元器件清單）；11、 參考文獻(xiàn)；12、 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)分表。注意：課程設(shè)計(jì)報(bào)告說明書要求用16開紙打印！ 進(jìn) 度 安 排 第一周：星期一 上午 安排任務(wù)、講課。星期一星期二：查資料、設(shè)計(jì)星期三星期四：設(shè)計(jì)仿真四樓現(xiàn)代設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室星期四：領(lǐng)元件四樓電子綜合實(shí)驗(yàn)室星期四星期五 調(diào)試電路；第二周：星期一星期四 安裝調(diào)試電路；四

4、樓電子綜合實(shí)驗(yàn)室 星期五 寫總結(jié)報(bào)告,答辯； 參 考 文 獻(xiàn)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)歷雅萍、易映萍編電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 彭介華 主編 高等教育出版社 電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試 謝自美主編 華中理工出版社。目錄第一章 設(shè)計(jì)總體思路、基本原理和框圖1、設(shè)計(jì)思路82、基本原理93、總體設(shè)計(jì)框圖10第二章    單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）1、秒、分倒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)112、顯示器的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)143、節(jié)次控制電路的設(shè)計(jì)14第三章 總電路設(shè)計(jì)（總電路圖）15第四章 安裝、調(diào)試步驟16第五章 測(cè)試和結(jié)果分析17第六章 總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)18第七章 附錄（元器件清單）19第一章、設(shè)計(jì)總體思路、基本原

5、理和框圖一、設(shè)計(jì)概要：1、籃球競(jìng)賽計(jì)時(shí)器主要有五個(gè)功能部分：（1）脈沖發(fā)生電路：實(shí)驗(yàn)箱中有自帶脈沖發(fā)生器，所以在此沒有重新設(shè)計(jì)此電路。（2）12分鐘倒計(jì)時(shí)：一節(jié)比賽總時(shí)間是12分鐘，所以比賽開始時(shí)，時(shí)間顯示為12:00，開始后以秒為單位開始倒減，直到00:00。這部分的中心芯片選用74ls192，它是十進(jìn)制的加減計(jì)數(shù)器，選用減數(shù)管腳，然后以級(jí)聯(lián)的方式相連，用后面芯片的借位信號(hào)當(dāng)做前一芯片的減數(shù)脈沖，如此類推，即可實(shí)現(xiàn)時(shí)間的分、秒、時(shí)的遞減。（3）24秒倒計(jì)時(shí)：24秒是一次進(jìn)攻的時(shí)間，也需要倒計(jì)時(shí)，所以跟12分鐘倒計(jì)時(shí)相似，進(jìn)攻開始時(shí)時(shí)間顯示24，開始后總時(shí)間從24開始遞減直至00，所以也可以選

6、用74ls192來實(shí)現(xiàn)這個(gè)模塊的功能，同樣選用減數(shù)管腳和級(jí)聯(lián)的方式。（4）節(jié)次顯示：一場(chǎng)籃球比賽總共分為四節(jié)，所以要求用四個(gè)LED分別來表示四節(jié)比賽的節(jié)數(shù)，在此可以選用D觸發(fā)器來進(jìn)行移位顯示。（5）警報(bào)：用二極管燈亮來表示警報(bào)，警報(bào)要求不論哪個(gè)時(shí)間倒計(jì)時(shí)到零，相應(yīng)的二極管則被自動(dòng)點(diǎn)亮，表示此時(shí)間已到，相應(yīng)的本節(jié)比賽或本次進(jìn)攻時(shí)間已到。當(dāng)某部分時(shí)間到零時(shí)，最高位的74ls192的BO端口會(huì)出現(xiàn)低電平，可 用它來點(diǎn)亮二極管，從而起到警報(bào)作用。二、基本原理1、倒計(jì)時(shí)電路：在比賽工程中對(duì)時(shí)間的置數(shù)、復(fù)位、清零、暫停與繼續(xù)工作均由手動(dòng)完成。比賽開始之際，按復(fù)位開關(guān)，則比賽時(shí)間停在24和12:00，當(dāng)比賽

7、正式開始，再按暫停/繼續(xù)開關(guān)來開始比賽，此時(shí)時(shí)間開始以秒為單位開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)在24秒進(jìn)攻時(shí)間里面有暫停需要，則等裁判吹哨同意后可按暫停/繼續(xù)開關(guān)來暫停時(shí)間，時(shí)間則停在即時(shí)時(shí)間不在變化（24秒與12分鐘的時(shí)間均暫停），暫停結(jié)束之后重新回到比賽，則再按暫停/繼續(xù)開關(guān)來讓時(shí)間繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。當(dāng)24秒倒計(jì)時(shí)到零，則進(jìn)攻時(shí)間結(jié)束，換另一方進(jìn)攻，此時(shí)按24秒電路的復(fù)位開關(guān)使進(jìn)攻時(shí)間重新置為24，再進(jìn)行另一輪的進(jìn)攻。12分鐘的倒計(jì)時(shí)電路開始計(jì)時(shí)同24秒，不同的是在倒計(jì)到00：00時(shí)是不要復(fù)位的，而暫停則與24秒倒計(jì)時(shí)電路同時(shí)暫停，當(dāng)計(jì)時(shí)到00:00，則表示一節(jié)比賽結(jié)束，當(dāng)下一節(jié)比賽開始時(shí)按復(fù)位開關(guān)進(jìn)行復(fù)位。（1

8、）暫停與繼續(xù)的實(shí)現(xiàn)：把開關(guān)引出的信號(hào)通過鎖存器，再把脈沖輸出信號(hào)同時(shí)通過與非門，再通過一個(gè)非門，然后分別接到24秒與12分鐘倒計(jì)時(shí)電路的最低位的減數(shù)管腳，而192需要上升沿才會(huì)減一，則開關(guān)為零電平時(shí)則可以讓減數(shù)管腳停在低電平從而停止計(jì)數(shù)。還有就是當(dāng)某個(gè)時(shí)間倒計(jì)時(shí)到零時(shí)也要求能自動(dòng)暫停，則還要把兩個(gè)倒計(jì)時(shí)電路的最高位的BO端也要同時(shí)接入與非門，這樣不論是哪個(gè)時(shí)間倒計(jì)時(shí)到零或者是開關(guān)需要暫停都可以實(shí)現(xiàn)。（2）復(fù)位功能的實(shí)現(xiàn)：24秒和12分鐘都需要分別復(fù)位功能，74ls192芯片都有復(fù)位管腳，則可以設(shè)置兩個(gè)復(fù)位開關(guān)與各自的復(fù)位管腳相連，由芯片的管腳功能可知，74ls192的復(fù)位管腳是低電平復(fù)位，所以

9、當(dāng)開關(guān)打在接地端時(shí)，可以對(duì)時(shí)間進(jìn)行復(fù)位。（3）清零功能實(shí)現(xiàn)：應(yīng)為12分鐘時(shí)比賽總時(shí)間，要一直倒計(jì)時(shí)到零，故不需要清零處理，而24秒則不同，因?yàn)榭赡芸偙荣悤r(shí)間已經(jīng)結(jié)束，而最后一次的進(jìn)攻時(shí)間還有多余，此時(shí)就要用到清零功能，而清零功能實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，只要用開關(guān)控制芯片的清零管腳即可。（4）節(jié)次電路：用四個(gè)D觸發(fā)器和適當(dāng)?shù)慕M合邏輯電路搭成四位的移位寄存器，四個(gè)LED分別接在這四個(gè)D觸發(fā)器的輸出Q上， 12分鐘重置時(shí)，電路自動(dòng)移位指示節(jié)次。（5）警報(bào)功能的實(shí)現(xiàn)：在此設(shè)計(jì)中的警報(bào)即是在任意計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到零是相應(yīng)的LED被點(diǎn)亮。此時(shí)自然我們會(huì)想到顯示時(shí)間的最高位的借位信號(hào)，即BO管腳，當(dāng)需要借位時(shí)，BO管腳處即會(huì)

10、出現(xiàn)一個(gè)下降沿信號(hào)，而前面已經(jīng)講到BO端同時(shí)會(huì)被接到暫停用的與非門，所以此時(shí)計(jì)數(shù)器將會(huì)暫停計(jì)數(shù)，則此時(shí)BO處將被置定為低電平，此時(shí)則可用這個(gè)電平來點(diǎn)亮LED，達(dá)到報(bào)警的作用。三、總體設(shè)計(jì)框圖報(bào)警電路秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng)12分鐘顯示24秒顯示控制電路報(bào)警電路四節(jié)顯示總體電路說明：    倒計(jì)時(shí)功能主要是利用192計(jì)數(shù)芯片來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)利用反饋和置數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，以適合分和秒的不同需要。由于該系統(tǒng)特殊的需要，到各計(jì)時(shí)器到零時(shí)，通過停止控制電路使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并用LED發(fā)出警報(bào)。而節(jié)次計(jì)數(shù)是通過12分鐘的重置來實(shí)現(xiàn)的。第二章、  

11、 單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）一、秒、分倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì) 1、24秒倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)：24秒的計(jì)時(shí)電路采用十進(jìn)制的74LS192的級(jí)聯(lián)方式來實(shí)現(xiàn)，首先把各個(gè)輸入管腳接成相應(yīng)的2和4，再把芯片的置位管腳（LOAD）接到一個(gè)開關(guān)上，用此來完成置位功能。當(dāng)計(jì)時(shí)開始直至個(gè)位芯片計(jì)數(shù)到零，個(gè)位芯片的BO端會(huì)發(fā)出下降沿信號(hào)，此信號(hào)可把它用來當(dāng)做十位上芯片的脈沖信號(hào)，從而使十位遞減完成倒計(jì)時(shí)功能。計(jì)數(shù)器的倒計(jì)時(shí)功能。24秒倒計(jì)時(shí)電路如圖：2、十二分倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì) 12分鐘倒計(jì)時(shí)電路芯片同樣采用級(jí)聯(lián)方式，即低位的芯片的借位管腳接上一位芯片的脈沖輸入管腳（也即減數(shù)管腳DOWN），使下級(jí)的芯片的借位脈沖成為上一級(jí)的輸

12、入脈沖，也即減數(shù)脈沖，從而達(dá)到遞減功能。同時(shí)輸入管腳也接成相應(yīng)的初始數(shù)據(jù)12：50，此時(shí)為什么第三塊芯片要接成5呢，因?yàn)?2分鐘的秒計(jì)時(shí)器不在是十進(jìn)制計(jì)數(shù)了，而應(yīng)該是60進(jìn)制計(jì)數(shù)了，當(dāng)時(shí)間從12:00開始，減一就必須變成11:59，所以第三塊芯片必須要置成5，再?gòu)奈彘_始減數(shù)直至零。那么第三塊芯片怎么一下從0變成5呢，這就需要置位，而且是從12:00減一秒后就置位，我們知道，計(jì)數(shù)器從零減一就會(huì)變成9，此時(shí)第三塊芯片的輸出管腳輸出的也是9，也就是1001，這就可以利用1001的D3位的1，通過取反接到第三塊芯片的置位管腳進(jìn)行強(qiáng)制置位，而一開始必須顯示的零就可以通過清零管腳清零實(shí)現(xiàn)。12分鐘倒計(jì)時(shí)電

13、路如下：二、 顯示器的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)譯碼電路的功能是將“秒”、“分”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，在顯示管上變成相應(yīng)的數(shù)字。但本次試驗(yàn)，試驗(yàn)箱中本來帶有四管腳的顯示器（顯示器中本身是帶有譯碼電路的），故不用譯碼可直接相連進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。三、節(jié)次控制電路的設(shè)計(jì)節(jié)次控制電路圖：   這四個(gè)D觸發(fā)器從左至右依次為D1、D2、D3、D4。四個(gè)D觸發(fā)器級(jí)連，前一個(gè)輸出送入下一個(gè)輸入，用一個(gè)共同的時(shí)鐘脈沖，形成同步動(dòng)作。為了保證每次輸出只有一位是高電平，用個(gè)或門把Q2、Q3進(jìn)行或運(yùn)算后，送入或非門與Q1進(jìn)行運(yùn)算后送回D1。當(dāng)電源剛接通、開關(guān)G沒有接地，整個(gè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)沒有進(jìn)行工作，Q1-Q4為低

14、電平（0000狀態(tài)），D=1，四個(gè)LED都不亮。合上G，接高電平，這樣，當(dāng)G接通時(shí)就有了一個(gè)電平的上升沿跳變，Q1=D1=1；1000狀態(tài)，LED1亮，指示第一節(jié)比賽。電路進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)，倒計(jì)時(shí)電路重置一次，該電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換一次，實(shí)現(xiàn)節(jié)次自動(dòng)指示。（若需開關(guān)動(dòng)作，可直接四個(gè)LED被四個(gè)開關(guān)直接控制）。第三章、 總設(shè)計(jì)（總電路圖）簡(jiǎn)要說明：左邊第一個(gè)開關(guān)的作用是對(duì)24秒進(jìn)行置數(shù)（復(fù)位）。左邊第二個(gè)開關(guān)是對(duì)24秒進(jìn)行清零。 左邊第三個(gè)開關(guān)是對(duì)整個(gè)時(shí)間進(jìn)行暫停和繼續(xù)控制。左邊第四個(gè)開關(guān)是對(duì)12分鐘的置數(shù)開關(guān)。第四章 安裝、調(diào)試步驟1、在模擬軟件上進(jìn)行模擬成功之后，確定所需芯片器材。2、對(duì)芯片器材進(jìn)行測(cè)試

15、，看是否有損壞等問題。3、確定好電路板規(guī)格，在電路板上排定芯片位置，再測(cè)試整體通電情況。 （因?yàn)榻泳€比較多，所以芯片的排定一定要合理）4、對(duì)電路進(jìn)行連線。 （連線過程中切忌整體一起連，因?yàn)檫@樣不利于故障出現(xiàn)時(shí)排故，而芯片之間單獨(dú)連接，且及時(shí)連接及時(shí)測(cè)試會(huì)讓以后的工作簡(jiǎn)單很多）5、接線完成以后進(jìn)行通電測(cè)試，看是否符合要求。6、排錯(cuò)檢測(cè)，查看錯(cuò)誤來源及時(shí)改正。在實(shí)際接線過程中主要存在以下值得注意的問題：（1）帶電操作導(dǎo)致導(dǎo)線或芯片燒壞。（2）芯片與電路板連接不好導(dǎo)致電路不通。（3）導(dǎo)線插接不好中途脫落導(dǎo)致短路。（4）在接線過程中不小心導(dǎo)致的短路或其他連接錯(cuò)誤。7、整體綜合連接，測(cè)試整體性能。第五章

16、 性能測(cè)試和結(jié)果分析經(jīng)過測(cè)試，此籃球競(jìng)賽計(jì)時(shí)器可實(shí)現(xiàn)以下功能：1、分別對(duì)24秒和12分鐘計(jì)時(shí)電路啟動(dòng)和置數(shù)（復(fù)位）。2、對(duì)24秒計(jì)時(shí)器的清零。3、對(duì)24秒和12分鐘暫停與繼續(xù)。4、計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)自動(dòng)報(bào)警。5、比賽四節(jié)的顯示。結(jié)果分析：時(shí)鐘模塊為減計(jì)數(shù)提供一個(gè)頻率為1Hz的脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)間隔為1秒鐘；計(jì)數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達(dá)到能顯示減計(jì)數(shù)功能；報(bào)警模塊是為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)減計(jì)數(shù)到零時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)；控制模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)、直接清零和暫停/連續(xù)功能，其中在直接清零時(shí)，由外控制開關(guān)控制譯碼器消隱端，從而可以實(shí)現(xiàn)顯示譯碼器滅燈；通過暫停/連續(xù)開關(guān)從而實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)計(jì)時(shí)功能。至此，本設(shè)

17、計(jì)能完成基本要求。第六章 總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們知識(shí)掌握程度的一種檢測(cè)。這次用數(shù)字電子技術(shù)來設(shè)計(jì)籃球競(jìng)賽計(jì)時(shí)器相對(duì)來說還不是很難，關(guān)鍵是對(duì)芯片的功能與引腳的掌握和了解。兩周的時(shí)間讓我又重新溫故和學(xué)到了很多東西，特別是讓我對(duì)專業(yè)知識(shí)有了更大的興趣和信心，我覺得雖然大三了，但現(xiàn)在為時(shí)未晚，只要自己有了信心和興趣，我相信，一切都會(huì)事半功倍的。在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我發(fā)現(xiàn)動(dòng)手能力是相當(dāng)重要的，比如說在軟件上模擬出來的東西在現(xiàn)實(shí)中不一定那么輕松就可以完成，甚至在現(xiàn)實(shí)生活中不一定就實(shí)用，所以要有一定的動(dòng)手能力來解決這些問題。就拿這次的設(shè)計(jì)內(nèi)容來說吧，模擬出來以后在實(shí)驗(yàn)箱中接線時(shí)發(fā)現(xiàn)那是一個(gè)龐大

18、煩瑣的工程，線多且擠，而且接上去以后不穩(wěn)定，說掉就掉了，找出來比較困難，所以在接線上用的時(shí)間是最多的，這就不得不要有耐心和比較靈活的雙手了。這次設(shè)計(jì)只完成了基本要求的部分，其中包含有24秒和12分鐘的倒計(jì)時(shí)，暫停，繼續(xù)，置位復(fù)位和清零，另外還有到零警報(bào)和四節(jié)的顯示。當(dāng)然其中最難的是倒計(jì)時(shí)部分，具體原理這里就不再重復(fù)了，其實(shí)各種功能有多總實(shí)現(xiàn)方式，只要符合題目要求就是方法，所以我覺得不要有思維的局限性，先達(dá)到要求再力求最簡(jiǎn)。設(shè)計(jì)是一個(gè)由總到分由粗到細(xì)的過程，所以我首先想到的不是以什么樣的芯片和方式來實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)，而是想到整體的一個(gè)格局：24秒和12分的分工合作情況，功能鍵的控制安排情況，心理首先有一個(gè)大概框架后再去具體考慮該怎樣讓它倒計(jì)時(shí)怎樣讓它暫停與復(fù)位。調(diào)試其實(shí)就是一個(gè)檢查修改的過程，在這個(gè)階段查看設(shè)計(jì)的電路圖的正誤，看是否符合要求，若符合要求，看能否進(jìn)一步