籃球比賽計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程設(shè)計(jì)名稱 籃球比賽計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 指導(dǎo)教師 日 期 籃球比賽計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)與基本要求 設(shè)計(jì)任務(wù) 籃球比賽計(jì)時(shí)器是一種體育比賽計(jì)時(shí)裝置，經(jīng)過(guò)改造可滿足多種要求和場(chǎng)合。利用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字顯示的簡(jiǎn)易籃球比賽計(jì)時(shí)器。 基本要求 籃球比賽上下半場(chǎng)四節(jié)制，每節(jié)12 min，要求能隨時(shí)暫停，啟動(dòng)后繼續(xù)計(jì)時(shí)，一節(jié)比賽結(jié)束后應(yīng)可清零。 按籃球比賽規(guī)則，進(jìn)攻方有24 s為倒計(jì)時(shí)。要求進(jìn)攻方得到發(fā)球權(quán)后，必須在24 s內(nèi)完成一次進(jìn)攻，否則將球權(quán)判給對(duì)方，因此需要一個(gè)具有24 s的倒計(jì)時(shí)功能。 “分”、“秒”顯示用LED數(shù)碼管，應(yīng)配用相應(yīng)譯碼器。 用扭子開(kāi)關(guān)控制

2、計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)暫停。24s計(jì)時(shí)時(shí)間到、每節(jié)結(jié)束和全場(chǎng)結(jié)束能自動(dòng)音響提示。（2）工作原理及參考方案 籃球比賽計(jì)時(shí)器實(shí)際上是一種多功能倒計(jì)時(shí)裝置，它包括12 min、24 s倒計(jì)時(shí)，按鍵啟停功能和自動(dòng)音響提示等，其組成原理框圖如圖232所示。該電路主要由秒信號(hào)發(fā)生電路、啟停電路、聲響電路、門(mén)控電路、顯示電路和計(jì)數(shù)電路等組成。一旦發(fā)球，啟停電路啟動(dòng)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作，即12 min、24 s倒計(jì)時(shí)同時(shí)工作。當(dāng)發(fā)球權(quán)交給對(duì)方時(shí)，24 s倒計(jì)重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，而12 min倒計(jì)時(shí)繼續(xù)工作。當(dāng)啟停電路暫停時(shí)，12 min、24 s倒計(jì)器保持原來(lái)的數(shù)據(jù)不變，等到重新啟動(dòng)開(kāi)始工作?；@球比賽計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)摘要 本設(shè)計(jì)是脈沖

3、數(shù)字電路的簡(jiǎn)單應(yīng)用，設(shè)計(jì)了籃球競(jìng)賽24秒和12分鐘倒計(jì)時(shí)器。此計(jì)時(shí)器功能齊全，可以直接清零、啟動(dòng)、暫停和連續(xù)以及具有報(bào)警功能，同時(shí)應(yīng)用了七段數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間。此計(jì)時(shí)器有了啟動(dòng)、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)計(jì)時(shí)功能，當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)完成的中途計(jì)時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)了在許多的特定場(chǎng)合進(jìn)行時(shí)間追蹤的功能，在社會(huì)生活中也具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 本電路主要有五個(gè)模塊構(gòu)成：秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報(bào)警電路。控制電路直接控制計(jì)數(shù)器啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。當(dāng)控制電路的置數(shù)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，在數(shù)碼管上顯示數(shù)字24，每當(dāng)一個(gè)秒脈信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器時(shí)，

4、數(shù)碼管上的數(shù)字就會(huì)自動(dòng)減1，當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出光電報(bào)警與蜂鳴信號(hào)。 關(guān)鍵詞：計(jì)數(shù)器 24秒倒計(jì) 譯碼顯示電路 控制電路 報(bào)警電路目錄第一章 總體設(shè)計(jì)思路、基本原理和框圖1、設(shè)計(jì)思路42、基本原理43、總體設(shè)計(jì)框圖5第二章    單元電路設(shè)計(jì)與方案比較（各單元電路圖）1、秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)62、秒、分倒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)73、譯碼器和顯示器的設(shè)計(jì)94、節(jié)次控制電路的設(shè)計(jì)9第三章 總設(shè)計(jì)（總電路圖）10第四章 安裝、調(diào)試步驟11第五章 性能測(cè)試和結(jié)果分析12第六章 附錄（元器件清單）13第七章 參考文獻(xiàn)14 第一章、總體設(shè)計(jì)思路、基本原理和框圖一、設(shè)計(jì)思路籃球比賽計(jì)時(shí)器

5、的主要功能包括： 12分鐘倒計(jì)時(shí)、進(jìn)攻方24秒倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)暫停，重新開(kāi)啟和結(jié)束警報(bào)提示。該計(jì)時(shí)系統(tǒng)由以下四個(gè)電路模塊組成：1秒時(shí)基產(chǎn)生器：這部分利用32.768KHz需要通過(guò)分頻器，最終產(chǎn)生1赫茲的電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)整個(gè)電路的運(yùn)作。這一模塊主要是利用CD4060和CD4027的鎖存和分頻功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。12分鐘倒計(jì)時(shí)：這部分電路完成12分鐘倒計(jì)時(shí)的功能，比賽準(zhǔn)備開(kāi)始時(shí)，屏幕上顯示12：00字樣。當(dāng)比賽開(kāi)始時(shí)，倒計(jì)時(shí)從12：00開(kāi)始逐秒遞減到00：00。這一模塊主要利用雙向計(jì)數(shù)器74LS192的減計(jì)數(shù)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。攻方24秒倒計(jì)時(shí)：這部分電路與12分鐘倒計(jì)時(shí)功能類似，當(dāng)比賽準(zhǔn)備開(kāi)始時(shí)，屏幕上顯示24秒字樣，當(dāng)

6、比賽開(kāi)始后，倒計(jì)時(shí)從24逐秒倒數(shù)到00。這一模塊主要也是利用雙向計(jì)數(shù)器74LS192來(lái)實(shí)現(xiàn)。節(jié)數(shù)記次：四個(gè)LED分別表示四場(chǎng)節(jié)次，根據(jù)比賽場(chǎng)次的轉(zhuǎn)換，用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ惯@四個(gè)LED依次自動(dòng)指示四場(chǎng)節(jié)次。警報(bào)提示：當(dāng)兩個(gè)計(jì)數(shù)器中任一個(gè)計(jì)時(shí)到零時(shí)，BO端出現(xiàn)低電平。通過(guò)和二極管作用，發(fā)光二極管亮，起到報(bào)警作用。二、基本原理主體電路：即倒計(jì)時(shí)部分。包括12分鐘和24秒倒計(jì)時(shí)。12分鐘倒計(jì)時(shí)的基本原理：比賽處于準(zhǔn)備開(kāi)始階段，扳動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)G使倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器相應(yīng)的置數(shù)或清零端有效，顯示設(shè)定的時(shí)間12：00，當(dāng)主裁判拋起球，比賽開(kāi)始，扳動(dòng)G，倒數(shù)計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作（相應(yīng)的置數(shù)、清零端無(wú)效），計(jì)時(shí)器逐秒進(jìn)行倒計(jì)顯示。當(dāng)

7、有球員犯規(guī)，裁判吹哨，整個(gè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的倒計(jì)時(shí)暫停，這個(gè)功能通過(guò)暫停開(kāi)關(guān)S截?cái)鄷r(shí)鐘脈沖的傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)箶?shù)計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)到零時(shí)，選取“00：00”這個(gè)狀態(tài)，通過(guò)組合邏輯電路給出截?cái)嘈盘?hào),讓其與時(shí)鐘脈沖在與非門(mén)中將時(shí)鐘脈沖截?cái)?，從而?jì)時(shí)器在計(jì)數(shù)到零時(shí)停住。24秒計(jì)數(shù)芯片的置數(shù)端和12分的置數(shù)、清零端共用一個(gè)開(kāi)關(guān)，比賽開(kāi)始后，24秒的置數(shù)端也無(wú)效，24秒的倒數(shù)計(jì)時(shí)器與12分的倒數(shù)計(jì)時(shí)器同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，逐秒倒計(jì)到零。同樣也是選取“00”這個(gè)狀態(tài)，通過(guò)組合邏輯電路給出截?cái)嘈盘?hào)，讓該信號(hào)與時(shí)鐘脈沖在與非門(mén)中將時(shí)鐘截?cái)?，使?jì)時(shí)器在計(jì)數(shù)到零時(shí)停住。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

8、，四個(gè)LED分別接在這四個(gè)D觸發(fā)器的輸出Q上，當(dāng)一天和尚撞一天鐘12分鐘重置時(shí)，電路自動(dòng)移位指示節(jié)次。警報(bào)提示：為了給出警報(bào)提示，可在計(jì)數(shù)器的輸出端用一個(gè)普通二極管和LED二極管。當(dāng)計(jì)數(shù)為0時(shí)，QO輸出為0，LED燈亮起。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秒顯示控制電路總體電路說(shuō)明：    倒計(jì)時(shí)功能主要是利用192計(jì)數(shù)芯片來(lái)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(guò)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(guò)12分鐘的重置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

9、第二章、   單元電路設(shè)計(jì)與方案比較（各單元電路圖）一、秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)  方案一： 信號(hào)發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心。它的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，可選用晶振的頻率為32768Hz的脈沖經(jīng)過(guò)整形、分步獲得1Hz的秒脈沖。如下圖所示.輸出端正好可得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖。方案二：        由集成邏輯門(mén)與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器或由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。  參數(shù)計(jì)算：1.脈沖產(chǎn)生電路：a.用555組成的脈沖產(chǎn)生電路:

10、60;       R1=15*103        R2=68*103        C=10F   則555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1.43/(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而設(shè)計(jì)要求為1Hz,因此其誤差為5.3%,在精度要求不是很高的時(shí)候可以使用.b.石英晶體振蕩電路:      

11、;  采用的32768晶體振蕩電路,其頻率為32768Hz,然后再經(jīng)過(guò)15分頻電路可得到標(biāo)準(zhǔn)的1Hz的脈沖輸出.R的阻值,對(duì)于TTL門(mén)電路通常在0.72K之間;對(duì)于CMOS門(mén)則常在10100M之間.由于本次設(shè)計(jì)要求用32768赫茲的晶振產(chǎn)生秒脈沖，所以采用方案一。二、秒、分倒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)1、24秒倒計(jì)時(shí)電路計(jì)數(shù)器的倒計(jì)時(shí)功能。用兩片74LS192分別做個(gè)位（低位）和十位（高位）的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開(kāi)始時(shí)的“24”倒計(jì)到“00”然后停止，所以可以直接運(yùn)用十進(jìn)制的74LS192進(jìn)行減計(jì)數(shù)。因?yàn)轭A(yù)置的數(shù)不是“00”，所以我選用置數(shù)端LOAD來(lái)進(jìn)行預(yù)置數(shù)。低位的借位輸出信號(hào)用作

12、高位的時(shí)鐘脈沖。24秒倒計(jì)時(shí)電路如圖：2、12分鐘倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)12分鐘倒計(jì)時(shí)秒部分。運(yùn)用兩片可逆計(jì)數(shù)器74LS192來(lái)構(gòu)成60進(jìn)制的減計(jì)數(shù)器。這個(gè)計(jì)數(shù)器的低位即個(gè)位，不需要搭接任何反饋電路而直接運(yùn)用74LS192芯片的減計(jì)數(shù)功能：時(shí)鐘脈沖接到down端，置數(shù)、清零端無(wú)效，即可以實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能。而最低位的計(jì)數(shù)變化應(yīng)當(dāng)與時(shí)鐘脈沖的變化同步。所以，原則上應(yīng)當(dāng)將時(shí)鐘脈沖直接引到這片192計(jì)數(shù)器的減計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖輸入端down。該計(jì)數(shù)器的高位即十位，與低位的計(jì)數(shù)進(jìn)制不相同。由于時(shí)間的分和秒都是60進(jìn)制，所以這里的計(jì)數(shù)芯片74LS192必須要接成六進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。這里，我選用反饋置數(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)

13、這個(gè)功能。反饋方案一：考慮到74LS192芯片的置數(shù)端LOAD是異步置數(shù)，并且是低電平有效的，所以我根據(jù)74LS192芯片減計(jì)數(shù)的特點(diǎn)并綜合以上兩點(diǎn)特性，就將74LS192芯片的輸出端輸出9時(shí)，即僅QD和QA輸出為高電平（二進(jìn)制數(shù)1001）。從這兩個(gè)引腳引出高電平信號(hào)，并通過(guò)與非門(mén)作用后形成低電平反饋信號(hào)，送入74LS192芯片的置數(shù)端LOAD使之實(shí)現(xiàn)置數(shù)動(dòng)作。反饋方案二：直接從QD引出高電平信號(hào)，通過(guò)非門(mén)作用后形成低電平反饋信號(hào)，送入74LS192芯片的置數(shù)端LOAD使之實(shí)現(xiàn)置數(shù)動(dòng)作。（由于方案二和方案一相比，功能相同，連線更為簡(jiǎn)單和方便，本設(shè)計(jì)采用方案二。）置數(shù)時(shí)，輸出的數(shù)是與輸入的數(shù)是一

14、樣的，所以我設(shè)置的數(shù)是5（二進(jìn)制0101），這樣，當(dāng)計(jì)數(shù)器從0變到9時(shí)，由于進(jìn)行了異步置數(shù)，9就在瞬間變成了5，計(jì)數(shù)輸出的結(jié)果就變?yōu)?543210，實(shí)現(xiàn)了六進(jìn)制的功能。12分鐘倒計(jì)時(shí)分部分。也是運(yùn)用兩片可逆計(jì)數(shù)器74LS192來(lái)構(gòu)成減計(jì)數(shù)器。在兩片計(jì)數(shù)器的連接上，與秒部分一樣。也是把低位的借位信號(hào)作為高位的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行連接。而低位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖則是用秒部分高位計(jì)數(shù)器的借位輸出信號(hào)來(lái)充當(dāng)?shù)?。運(yùn)用以上兩個(gè)計(jì)數(shù)器組合，就在低位計(jì)數(shù)器從0變到9或從0變到5的瞬間，在它的借位輸出端出現(xiàn)一個(gè)電平的上升脈沖沿，從而使高位的計(jì)數(shù)器倒倒計(jì)一個(gè)數(shù)。實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。12分鐘倒計(jì)時(shí)電路如下：一、 譯碼器和顯示器的設(shè)

15、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，變成相應(yīng)的數(shù)字。本次驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器，我們選用了CC4511.相應(yīng)的，與LED七段共陰極顯示數(shù)碼管相互連接。二、 節(jié)次控制電路的設(shè)計(jì)節(jié)次控制電路圖：    將這四個(gè)D觸發(fā)器依次命名為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(mén)把Q2、Q3進(jìn)行或運(yùn)算后，送入或非門(mén)與Q1進(jìn)行運(yùn)算后送回D1。當(dāng)電源剛接通、開(kāi)關(guān)G沒(méi)有接地，整個(gè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行工作，Q1-Q4為低電平（0000狀態(tài)），D=1，四個(gè)LE

16、D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。第三章、 總設(shè)計(jì)（總電路圖）簡(jiǎn)要說(shuō)明：右起第一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用是對(duì)12分鐘進(jìn)行清零和置數(shù)。右起第二個(gè)開(kāi)關(guān)是暫停、繼續(xù)開(kāi)關(guān)。 右起第三個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)24秒進(jìn)行清零和置數(shù)。最左邊的開(kāi)關(guān)是整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。第四章 安裝、調(diào)試步驟1、按照電路板的規(guī)格，設(shè)定好各集成芯片的排放位置、測(cè)試各芯片是否與面板接觸良好。2、用 D觸發(fā)器74LS74連接出節(jié)次控制模塊：a    &

17、#160;        測(cè)試74LS74，相應(yīng)的門(mén)電路模塊74LS02、74LS32的好壞。b            將兩片74LS74做成循環(huán)移位寄存器，測(cè)試其性能是否達(dá)到要求。3、用移位74LS194寄存器及相關(guān)的門(mén)電路做出警報(bào)提示模塊：a             測(cè)試74LS194和門(mén)電路的

18、好壞。b            把74LS194的固定引腳接好。c             連接74LS194外部門(mén)電路組成的組合邏輯電路并測(cè)試其功能。d            進(jìn)行整體連接并測(cè)試其功能。3、用異步可逆雙時(shí)鐘BCD計(jì)數(shù)器74LS192及相關(guān)門(mén)實(shí)

19、現(xiàn)定時(shí)倒計(jì)時(shí)電路：a             測(cè)試74LS192和門(mén)電路的好壞。b            先連24秒倒計(jì)時(shí)模塊，并測(cè)試其性能是否達(dá)到要求c             加入相應(yīng)門(mén)電路實(shí)現(xiàn)暫停和停止/復(fù)位功能。d            連接12分鐘倒計(jì)時(shí)模塊，并測(cè)試其性能是否達(dá)到要求。e             加入相應(yīng)門(mén)電路實(shí)現(xiàn)暫停和停止/復(fù)