籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器課設(shè)格式正確

1、1、 概述在籃球比賽中，規(guī)定了一方的持球時(shí)間不能超過(guò)30秒，否則就被判做犯規(guī)。本課程設(shè)計(jì)的“籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器”，就可用于籃球比賽中，用于對(duì)球員持球時(shí)間30秒進(jìn)行限制。一旦球員的持球時(shí)間超過(guò)了30秒，它自動(dòng)的報(bào)警。 本課程設(shè)計(jì)是脈沖數(shù)字電路的簡(jiǎn)單應(yīng)用，設(shè)計(jì)了籃球競(jìng)賽30秒計(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)以及具有光電報(bào)警功能，同時(shí)用了數(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，可以方便的實(shí)現(xiàn)斷電計(jì)時(shí)功能，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，會(huì)發(fā)出光電報(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。此計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)采用模塊

2、化結(jié)構(gòu)，主要由以下4個(gè)組成：直流穩(wěn)壓電源模塊、計(jì)時(shí)模塊、控制模塊、譯碼顯示模塊。當(dāng)計(jì)數(shù)器接收到秒脈沖后開(kāi)始倒記數(shù)，等遞減到0時(shí)，發(fā)光二極管亮光報(bào)警。本電路用兩個(gè)74LS192芯片構(gòu)成遞減計(jì)數(shù)器（30進(jìn)制）；控制電路由74HC04D和74HC00D構(gòu)成；秒脈沖發(fā)生器由555集成定時(shí)器構(gòu)成；兩個(gè)數(shù)碼管構(gòu)成顯示電路。2、 方案論證 方案一： 直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖1所示。圖1 直流穩(wěn)壓電源原理框圖 電網(wǎng)供給的交流電壓u1(220V,50Hz) 經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓u2，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓u

3、3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓uI。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。 籃球競(jìng)賽的30秒計(jì)時(shí)器的原理參考框圖如圖2所示。圖2 籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器原理框圖籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路、報(bào)警電路等5個(gè)部分組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成30秒計(jì)時(shí)功能，由555多諧振蕩器與74LS161分頻而成。而控制電路控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停繼續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)啟動(dòng)置數(shù)開(kāi)關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能顯示30秒字樣；當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)

4、，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；暫停繼續(xù)開(kāi)關(guān)連接到連續(xù)計(jì)數(shù)端時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始連續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)連接到暫停計(jì)數(shù)端時(shí)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器遞減到零時(shí)，發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。方案二：方案二由555定時(shí)器直接定時(shí)1秒，不用74LS161進(jìn)行分頻。由于多諧振蕩電阻電容參數(shù)不夠精確，因此直接使用555定時(shí)器定1秒會(huì)產(chǎn)生比較大的誤差，而通過(guò)分頻計(jì)時(shí)的方法可以減小這種誤差，因此本實(shí)驗(yàn)采用方案一。3、 電路設(shè)計(jì) (1)直流穩(wěn)壓電源模塊 直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖3所示。圖3 直流穩(wěn)壓電源電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。這些直流電除了少數(shù)直接利用干電池和直流發(fā)電機(jī)外，大多數(shù)是采用把交流電（市

5、電）轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。電網(wǎng)供給的交流電壓V1為220V，50HZ；穩(wěn)壓電源輸出直流可調(diào)電壓6Vu015V，最大負(fù)載電流100mA左右；驅(qū)動(dòng)負(fù)載120RL240。參數(shù)計(jì)算如下：輸出電壓U0=（1+R11/R10）1.25V，取R10為230，則可取R12最大值為2.5K，同時(shí)取負(fù)載電阻為150，可滿足電流要求。(2)秒脈沖發(fā)生器模塊 1. 用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供時(shí)鐘，如圖4連接。555定時(shí)器應(yīng)用為多諧振蕩電路時(shí)，當(dāng)電源接通Vcc通過(guò)電阻R4、R5向電容C充電，其上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)u上升至2/3Vcc，會(huì)使比較器C1輸出翻轉(zhuǎn)，輸出電壓為零，同時(shí)放電管T導(dǎo)通，電容

6、C1通過(guò)R5放電；當(dāng)電容電壓下降到1/3Vcc，比較器C2工作輸出電壓變?yōu)楦唠娖?，C放電終止，Vcc通過(guò)R4、R5又開(kāi)始充電；周而復(fù)始，形成振蕩。則其振蕩周期與充放電時(shí)間有關(guān)，也就是與外接元件有關(guān)，不受電源電壓變化影響。圖4 多諧振蕩器輸出波形的振蕩周期可用過(guò)渡過(guò)程公式計(jì)算：tpH ： uC (0) = VCC /3 V、uC () =VCC、 t1=(Ra+ Rb)C、 當(dāng)t= tpH時(shí)，uC (tpH) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出tpH=0.7(Ra+ Rb)CtpL ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC () =0V、 t1= RBC、當(dāng)t= tpL時(shí)，uC

7、 (tpL) =VCC /3代入公式。于是可解出tpL=0.7RbC 振蕩周期T = tpH+tpL=0.7 ( Ra + 2Rb) C =0.1 (s) 555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及管腳排列分別如圖5和圖6所示。圖5 555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖 圖6 555定時(shí)器的管腳排列 555定時(shí)器功能表1所示。 表1輸入輸出復(fù)位THQVT1狀態(tài)00導(dǎo)通11截止10導(dǎo)通1原狀態(tài)不變圖7是555多諧振蕩器的工作波形圖7 多諧振蕩器的工作波形2. 用74LS161構(gòu)成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)周期為0.1秒的脈沖信號(hào)由圖8 CLK端進(jìn)入計(jì)數(shù)器時(shí)，每隔10個(gè)脈沖74LS161計(jì)數(shù)一次，所以從RCO輸出端輸出周期為1秒

8、的脈沖信號(hào)，完成秒脈沖的設(shè)計(jì)。圖8 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS161功能表如表2所示。表2 （3）8421BCD碼遞減計(jì)數(shù)器模塊電路本實(shí)驗(yàn)中計(jì)數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制同步加法/減法計(jì)數(shù)器，它采用8421BCD碼二-十進(jìn)制編碼，其功能表如表3所示。 表3 74LS192的功能表CPUCPDCR操作00置數(shù)110加計(jì)數(shù)110減計(jì)數(shù)1清零 由此看出,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)數(shù)到9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)

9、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)數(shù)到0時(shí)，BO端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設(shè)計(jì)出三十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，具體電路圖如圖9所示,圖中的QA-QD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?jì)數(shù)器的借位輸出端BO輸出借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器才開(kāi)始進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到高、低位計(jì)數(shù)器都為零時(shí)，報(bào)警電路、控制電路皆工作，使74LS161停止計(jì)數(shù)，LED報(bào)警二極管發(fā)亮。 圖9 三十進(jìn)制減法計(jì)時(shí)器74LS161時(shí)鐘輸入(4) 時(shí)鐘信號(hào)控制電路555輸出 圖10 時(shí)鐘信號(hào)控制電路圖10是時(shí)鐘脈沖信號(hào) CP 的控制電

10、路 ,控制 CP 的放行與停止。其中，U4A的另一個(gè)輸入來(lái)自555多諧振蕩器輸出，其輸出送入74LS161時(shí)鐘輸入端。當(dāng)定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，74LS192的借位輸出信號(hào)BO2=1時(shí)，則CLK信號(hào)受“暫停/繼續(xù)”開(kāi)關(guān)J3的控制，當(dāng)J3處于“暫停”位置時(shí)，門U13A輸出1，門U4A關(guān)閉，封鎖CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)；當(dāng)J3處于“連續(xù)”位置時(shí)，門U14A輸出1，門U4A打開(kāi)，放行CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器在CLK作用下，繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，BO2=0，門U10A關(guān)閉，封鎖CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變。從而實(shí)現(xiàn)了當(dāng)暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)處于暫停狀態(tài)時(shí)，控制電路封鎖計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示原來(lái)的數(shù)，而

11、且保持不變；當(dāng)暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)處于連續(xù)狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)，的功能要求。注意，BO2是脈沖信號(hào)，只有在CPD保持為低電平才能保持不變。(5) 顯示模塊電路顯示模塊用來(lái)顯示計(jì)時(shí)模塊輸出的即時(shí)計(jì)時(shí)和中途計(jì)時(shí)結(jié)果。是由七段數(shù)碼管構(gòu)成，直接將兩片74LS192的QA、QB、QC、QD接到譯碼管的A、B、C、D端，即可對(duì)數(shù)字進(jìn)行顯示。七段數(shù)碼管如圖11所示。 圖11 顯示譯碼電路(6) 光報(bào)警模塊當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零 ( 即定時(shí)時(shí)間到 ) 時(shí) , 控制電路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào) , 使計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時(shí)報(bào)警電路工作。如圖12所示。當(dāng)芯片1和2輸出為低電平時(shí)，發(fā)光二極管工作，發(fā)出光電報(bào)警。BO1和BO

12、2分別為兩片74LS192的BO輸出端。 BO2BO1 圖12 光報(bào)警電路4、 性能的測(cè)試（1）直流電源電路仿真直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖13所示。圖13 直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源輸出直流可調(diào)電壓6Vu015V，最大負(fù)載電流100mA左右；驅(qū)動(dòng)負(fù)載120RL240。最大電壓和最大電流如圖14所示。圖14 直流電壓電流由圖可知，穩(wěn)壓電源輸出電壓電流的最大值滿足參數(shù)要求。(2) 秒脈沖信號(hào)發(fā)生電路的仿真 將秒信號(hào)發(fā)生器接到示波器上，如圖15所示。觀察輸出波形，如圖16所示。 圖15 秒脈沖信號(hào)發(fā)生器仿真 圖16 秒脈沖信號(hào)的波形圖由圖可知，555定時(shí)器的定

13、時(shí)時(shí)間為0.1s，經(jīng)過(guò)74LS161十分頻后，74LS192的時(shí)鐘信號(hào)即為1s，符合要求。(3) 30秒置數(shù)仿真測(cè)試啟動(dòng)J1（按鍵A閉合）（低電平）成置數(shù)功能 , LD置為低電平出現(xiàn)30秒字樣 ; 斷開(kāi)J1（高電平），LD置為高電平，計(jì)數(shù)器開(kāi)始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)，如圖17所示。圖17 30秒置數(shù)仿真測(cè)試(4) 暫停/繼續(xù)仿真測(cè)試當(dāng)暫停/繼續(xù)開(kāi)關(guān)J3（空格鍵）處于暫停位置時(shí)，控制電路封鎖計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示原來(lái)的數(shù)，而且保持不變，如圖18所示；當(dāng)暫停/繼續(xù)關(guān)J3處于連續(xù)位置時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)如圖19所示。當(dāng)電路處于暫停/計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)J1、J2皆斷開(kāi)。圖18 暫停仿真測(cè)試圖19 連續(xù)仿真測(cè)試

14、(5) 報(bào)警電路的仿真當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到狀態(tài)“00”時(shí)，高位片的借位輸出端BO產(chǎn)生低電平借位脈沖信號(hào)，由此導(dǎo)通發(fā)光二極管產(chǎn)生光報(bào)警信號(hào)。如圖20所示。此時(shí)電路處于計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)J1、J2皆斷開(kāi)。圖20 報(bào)警電路的仿真(6) 清零仿真測(cè)試啟動(dòng)J2（按鍵B閉合），使兩片74LS194處于清零狀態(tài)，數(shù)碼管顯示零狀態(tài)。如圖21所示。圖21 清零狀態(tài)五、 結(jié)論根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本設(shè)計(jì)方案基本完成了設(shè)計(jì)的要求，總的來(lái)說(shuō)該方案是十分可行的，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，條理清晰，結(jié)果符合要求。但是由于產(chǎn)生的脈沖信號(hào)不易保持以及產(chǎn)生的秒脈沖信號(hào)不夠穩(wěn)定和精確的原因還存在著報(bào)警時(shí)間過(guò)短和計(jì)數(shù)時(shí)間不夠精確的缺陷，可以通過(guò)用分頻電路來(lái)代替

15、555信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈沖計(jì)時(shí)信號(hào)，來(lái)進(jìn)一步改善電路計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性；對(duì)產(chǎn)生的借位脈沖信號(hào)時(shí)間過(guò)短的原因可以用展寬電路把脈沖擴(kuò)展到足夠?qū)?，使發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光。六、 性價(jià)比 綜合各種因素來(lái)看，該方案所設(shè)計(jì)的電路比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。雖然由于該電路中的元?dú)饧r(jià)格低廉但電路的總體性能比較穩(wěn)定，效果很好，由此可見(jiàn)該方案的性價(jià)比還是很高的，若把該方案所設(shè)計(jì)的電路做成實(shí)物圖完全可以應(yīng)用到籃球比賽中。七、 課設(shè)體會(huì)及合理化建議經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的查找資料和思考問(wèn)題，最終把設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)出來(lái)了。其中在查找資料的過(guò)程中收獲頗豐，在這個(gè)過(guò)程中使我學(xué)會(huì)了如何查找文獻(xiàn)資料并運(yùn)用到自己的方案中去。經(jīng)過(guò)一番深思熟慮后設(shè)計(jì)出比較實(shí)用

16、的電路圖，然后用仿真軟件進(jìn)行仿真。在仿真的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，并通過(guò)自己的努力最終解決了出現(xiàn)的各種問(wèn)題，在這解決問(wèn)題的過(guò)程中使我學(xué)到了許多以前不太了解的知識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了思考問(wèn)題的習(xí)慣，經(jīng)過(guò)一番奮斗后，仿真的結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。在連接實(shí)物圖的過(guò)程中須得步步為營(yíng)，若是一著不慎連錯(cuò)了后果是很嚴(yán)重的，不好檢查線路，因此連線時(shí)須的小心再小心。經(jīng)過(guò)最后的努力，終于把實(shí)物圖所產(chǎn)生的結(jié)果與仿真一致。課程設(shè)計(jì)需要的是活學(xué)活用所涉及的知識(shí)。在本次的課程設(shè)計(jì)中通過(guò)自己選題，找材料，分析、設(shè)計(jì)等，也掌一些軟件的操作方法，這為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊。整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從單一的理論學(xué)習(xí)到解決實(shí)際問(wèn)題的轉(zhuǎn)變。通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，

17、我最大的收獲就是提高了自身的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了我的尋求解決問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)精神也增強(qiáng)了我其它方面的能力。在設(shè)計(jì)中，我充分應(yīng)用我們所學(xué)的知識(shí)，例如：集成電路74LS系列、三極管、二極管、整定時(shí)器555等元件的應(yīng)用。這次實(shí)踐使我受益匪淺，在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過(guò)程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了我的實(shí)際操作能力。在讓我體會(huì)到設(shè)計(jì)電路艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂(lè)。這次設(shè)計(jì)所用的的工具是Multisim 10.0.1,由于之前接觸過(guò)類似的軟件，所以畫圖和仿真就比較方便，使設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到了保證。本次課程設(shè)計(jì)提高了我的綜合動(dòng)手能力和工程設(shè)計(jì)能力，它使我的理論知識(shí)得到了綜合

18、應(yīng)用，培養(yǎng)我綜合運(yùn)用所學(xué)理論的能力和解決較復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題的能力。 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(jì)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(shí)的困難而傷心，但整個(gè)過(guò)程是快樂(lè)的，因?yàn)槲以谶^(guò)程中得到了鍛煉，動(dòng)手動(dòng)腦的能力得到了加強(qiáng)，學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識(shí)，使我深刻體會(huì)了“一分耕耘一分收獲”的道理，總之我在課程設(shè)計(jì)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(xiàn)1. 劉修文主編.是用電子電路設(shè)計(jì)制作.【M】北京：中國(guó)電力出版社，20052. 朱定華主編.電子電路測(cè)試與實(shí)驗(yàn).【M】北京：清華大學(xué)出版社，20043. 路勇主編.電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真.【M】北京：北京交通大學(xué)出版社，20044. 康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），高等教育出版社，北京20005. 余孟嘗，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第三版），高等教育出版社，北京2006附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1U1,U2 8421BCD碼遞減計(jì)數(shù)器 74LS192N22U3計(jì)數(shù)器74LS161N13U9A,U5A,U6A, U7A,U8A非門74HC