籃球競賽秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

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

2、作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停 / 連續(xù)功能。 3計(jì)時(shí)器為30秒遞減計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)間隔為1秒 。4計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，應(yīng)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。三、設(shè)計(jì)要求1在選擇器件時(shí)，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(jì)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(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路。2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。五、推薦參考資料1劉修文主編.實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn).M北京：清華大學(xué)出版社，2004年3路勇主編.電子電路實(shí)驗(yàn)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(jì)報(bào)告指導(dǎo)教師 年 月 日負(fù)責(zé)教師 年 月 日學(xué)生簽字 年 月 日成績?cè)u(píng)定表評(píng)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(shí)間不能超過30秒，否則就被判做犯規(guī)。本課程設(shè)計(jì)的“籃球競賽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)間超過了30秒，它自動(dòng)的報(bào)警。這次課設(shè)設(shè)計(jì)了一個(gè)一個(gè)籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器電路。它由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和時(shí)序控制電路五個(gè)部分組成。當(dāng)計(jì)數(shù)器接收到秒脈沖后開始倒記數(shù)，等遞減到0時(shí)，發(fā)光二極管亮光報(bào)警。通

4、過控制電路來完成計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)、計(jì)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(gè)74LS192芯片構(gòu)成遞減計(jì)數(shù)器（30進(jìn)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(shí)器構(gòu)成；兩個(gè)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(jì)時(shí)器原理框圖籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器原理框圖如圖1所示。功能的電路采用模塊化設(shè)計(jì)，分別都有各自的功能?；@球競賽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，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)開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器完

5、成置數(shù)功能顯示30秒字樣；當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；暫停繼續(xù)開關(guān)連接到連續(xù)計(jì)數(shù)端時(shí)，計(jì)數(shù)器開始連續(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)。三、 電路設(shè)計(jì)(1) 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1所示。 表1 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

6、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)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?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)，高位計(jì)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(jì)數(shù)器完成置數(shù)，在CPD端輸入脈沖的作用下，進(jìn)行下一循環(huán)的減法計(jì)數(shù)。 圖2 三十進(jìn)制減法計(jì)時(shí)器(2) 時(shí)鐘信號(hào)控制電路 圖3時(shí)鐘信號(hào)控制電路圖3是時(shí)鐘脈沖信號(hào) CP 的控制電路 ,控制 CP 的放行與停止。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)”開關(guān)S2的控制，當(dāng)S2處于“暫停”位置時(shí)，門U10A輸出0，門U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)；當(dāng)S2處于“連續(xù)”位置時(shí)，門U10A輸出1，門U2A打開，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U7A關(guān)閉，封鎖CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變。

8、從而實(shí)現(xiàn)了當(dāng)暫停/連續(xù)開關(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(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。(3) 秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊電路NE555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時(shí)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(shí)間有關(guān)，充電時(shí)間由圖11中的電容C1、電阻R1和R2所決定周期的計(jì)算公式為：T=Ln2(R1+2R2)×C1。本實(shí)驗(yàn)需要的周期是1s，計(jì)算出較為穩(wěn)定的電阻電容值為：R1=15k,R2=68k, C1=10F,C2=10nF。

9、計(jì)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(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，計(jì)時(shí)模塊輸出計(jì)時(shí)信號(hào)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(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6所示。 當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí),兩計(jì)數(shù)器借位端輸出多為低（0）,故本設(shè)計(jì)將高位片借位反饋到二極管負(fù)極性端,此時(shí)+5V電源經(jīng)1k電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報(bào)警信號(hào),完成報(bào)警功能,而在遞減計(jì)數(shù)時(shí),端輸出為高（1）,二極管不報(bào)警。 +5V 600 BO2

10、圖6發(fā)光報(bào)警電路四、 性能的測試(1) 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6所示。觀察輸出波形，如圖7所示。 圖6秒脈沖信號(hào)發(fā)生器仿真圖7 秒脈沖信號(hào)的波形圖(2) 30秒置數(shù)仿真測試 啟動(dòng)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(jì)數(shù)器開始進(jìn)行遞減計(jì)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(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(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)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(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)。圖11報(bào)警電路的仿真五、 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(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)間過短和計(jì)數(shù)時(shí)間不夠精確的缺陷，可以通過用分頻電路來代替555信號(hào)發(fā)生器來產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈沖計(jì)時(shí)信號(hào)，來進(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

12、管持續(xù)發(fā)光。六、 性價(jià)比 綜合各種因素來看，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)過一段時(shí)間的查找資料和思考問題，最終把設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)出來了。其中在查找資料的過程中收獲頗豐，在這個(gè)過程中使我學(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)過一番深思熟慮后設(shè)計(jì)出比較實(shí)用的電路圖，然后用仿真軟件進(jìn)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(shí)，同時(shí)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(jì)要求。在連接實(shí)物圖的過程中須得步步為營，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。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)過程是快樂的，因?yàn)槲以谶^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：中國電力出版社，20052. 朱定華主編.電子電路測試與實(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，2004附錄I 總電路圖附錄II 元