篮球24秒计时器设计与仿真

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1、皖西学院课程设计报告系别：机电系专业：学生姓名：学号：课程设计题目：篮球 24 秒计时器设计与仿真起迄日期:课程设计地点：指导教师:完成任务日期: 09 年 11 月 19 日目录摘要第一章 计时器概述1.1 篮球竞赛 24 秒计时器功能1.2 设计任务及要求1.2.1 基本要求1.2.2 设计任务及目标1.2.3 主要参考器件：第二章 电路设计原理与单元模块21 设计原理22 设计方案23 单元模块2.3.1 8421BCD 码递减计数器模块2.3.2 时钟模块2.3.3 辅助时序控制模块第三章 实验仿真第四章 实验体会结论致谢参考文献附录摘要:本课程设计，设计了篮球竞赛 24 秒计时器。此

2、计时器功能齐全，可以直 接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能，同时应用了七段数码管来显 示时间。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能， 当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。第一章 计时器概述1.1 篮球竞赛 24 秒计时器功能随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，运 用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活不可缺少的一部分，特别是在各 种竞技运动中，定时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。在篮球比赛中，规 定了球员的持球时间不能超过 24秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛 24秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间

3、 24 秒限制。一旦球员 的持球时间超过了 24秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。本设计主要能完成：显示 24秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制 计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯； 计时器为24 秒递减计时其计时间隔为 1秒；计时器递减计时到零时，数码显示 器不灭灯，同时发出光电报警信号等。1.2 设计任务及要求1.2.1 本次课程设计应达到的目的(1) 综合运用相关课程中所学到的理论知识去独立完成某一设计课题；(2) 通过查阅手册和相关文献资料，培养学生独立分析和解决问题的能力(3) 进一步熟悉常用芯片和电子器件的类型及特性，并掌握合理选用器件

4、的原则；(4) 学会电路的设计与仿真；(5) 培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。1.2.2 设计任务及目标(1) 具有 24 秒计时功能；(2) 设置外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动、和暂停/连续功能(3) 计时器为 24 秒递减计时，计时间隔为 1 秒；(4) 计时到零时数码管不能灭灯，同时发出光电报警。(5) 并用相关仿真软件对电路进行仿真。1.2.3 主要参考器件：55574LS74（1）74LS192（2）第二章 电路设计原理与单元模块21 设计原理24 秒计时器的总体参考方案框图如图 2-1 所示。它包括秒脉冲发生器、计 数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路(

5、简称控制电路)等五个模 块组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器完成 24 秒计时功能， 而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路 的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。图 2-1 24 秒计时器系统设计框图 秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对此信号 要求并不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构 成。译码显示电路由 74LS48 和共阴极七段 LED 显示器组成。报警电路在实验中 可用发光二极管代替。22 设计方案分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成 24s 计 时功能，而控制

6、电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停连续计数、译码显 示电路的显示和灭灯功能。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正 确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数 码显示器灭灯。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP,同时计数器完成置数功 能，译码显示电路显示“24”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂 停连 续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当 暂停连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。系统设计框图如图2-1所示。篮球竞赛24秒计时器实验电路如图2-2所示。10 kOhm50 kOhn10uFvccCLRBO7COZ L

7、OAFQBQA DOWNUPQC如GND1CLRZ VCC ID 2CLRZ 1CLK 2D1PRFZ 2CLkDVCCCLRBOycozLOAF-r- ：J 01uF暂停陡续 旧on/ cc1ft D 好 OUT THR RES OONDQBQA DOWNUPQCQUGND图 2-2 篮球竞赛 24 秒计时器2 3 单元模块2.3.1 8421BCD 码递减计数器模块计数器选用汇总规模集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十 进制可编程同步加锁计数器，它采用 8421 码二-十进制编码，并具有直接清零、 置数、加锁计数功能。图2-3是74LS192外引脚及时序波形图。图中C

8、PU、CD分别是加计数、 减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。LD是异步并行置数控制端（低电平有效），C0、B分别是进位、借位 输出端（低电平有效），CR是异步清零端，D3-D0是并行数据输入殿，Q3-Q0是 输出端。74192的功能表见下表2-1所示。其工作原理是：当LD =1, CR=O时，若时钟脉冲加到CPU端，且CPD =1BVCCQBAQACLRDOWNB0;UPCOQCLOAB;WcGND74192图 2-3 74LS192 外引脚及时序波形图表 2-1 74LS192 功能表RDLDCPuCPD1xxx00xx01t1011功能 清零 置数加法计数减法计数则计数器在预置数的基础

9、上完成加计数功能，当加计数到9时，CO端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到CPD端，且CPU =1,则计数器在预置数的 基础上完成减计数功能，当减计数到0时，B0端发出借位下跳变脉冲。由 74LS192 构成的二十四进制递减计数器如下图 2-4 所示7419216j1151413.134斗12j511*1079tj8BVCCQBAQACLRDOWNB0;UPCOQCLOAD;QBCGNDD1514*12:HID *图 2-4 8421BCD 二十四递减计数器其预置数为 N=(00100100)= (24)10。它的计数原理是：只有当低位BOi端发出借位脉冲时，高位计数器才 作减计数。当高、低位

10、计数器处于全零，且为0时，置数端=0, 计数器完成并行置数 ， 在 CPD 端的输入时钟脉冲作用下 ， 计数器再次进入 下一循环减计数。2.3.2 时钟模块为了给计数器74LS192提供一个时序脉冲信号，使其进行减计数，本设计采 用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路)，其基本电路如图2-6示.其中555管脚图如下图2-5示.由 555工作特性和其输出周期计算公式可知， 其产生的脉冲周期为：T=0.7(R1+2R2)C。因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了 R1取15k欧姆,R2取68k欧姆，电容取C为10uF、Cl为O.luF,.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输 出周期为1秒.

11、555GNDvcc -TRIDIS -OUTTHR -RESOON -图2-5555管脚图为了保证系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之 间的时序关系。从系统的设计要求可知 ,控制电路要完成以下四项功能 : 操作 “直接清零”开关时 ,要求计数器灭灯。 闭合 “启动” 开关时 , 计数器应完成置数功能 , 显示器显示 24 秒 字样 ;断开“启动”开关时 , 计数器开始进行递减计数。 当“暂停 /连续”开关处于 “暂停”位置时 ,控制电路封锁时钟脉冲信号 CP , 计数器暂停计数 , 显示器上保持原来 的数不变 ，“暂停 / 连续” 开关处于“连续”位置时 , 计数器继续累计计

12、 数。 当计数器递减计数到零 （ 即定时时间到 ） 时 , 控制电路应发出报警 信号 , 使计数器保持零状态不变 , 同时报警电路工作。如图2-7所示.+5V当计数到零时，两计数器借位端输出多为低（0），故本设计将高位片借位 BO2反馈到二极管负极性端，此时+5V电源经1k电阻使发光二极管发出光电报警 信号,完成报警功能，而在递减计数时，BO2端输出为高（1）,二极管不报警.图2-8是辅助时序控制电路图。图 2-8 辅助时序控制电路图（时钟信号控制电路）cLD接74LS192的预置数控制端，当开关Si接地时，LD =0,74LS192 进行置数；当Si接高电平时，LD =1,74LS192处于

13、计数工作状态，从而实 现功能的要求，当然本设计只要将启动信号直接加到置数端，见图2-2。图2-8 是时钟脉冲信号 CP 的控制电路 ， 控制 CP 的放行与禁止。当定时时间未到 时,74LS192的借位输出信号路，BO2 = 1,则CP信号受“暂停/连续” 开关S2的控制，当S2处于“暂停”位置时，或门输出0,计数器暂停计数 当 S2 处于 “连续”位置时 ， 或门输出 1， 计数器在 CP 作用下 ， 继续累计 计数。当定时时间到时BO2 =0, D触发器备置1,Q =0,此时计数器保持零状态 不变。从而实现了功能、的要求。至于功能的要求，可通过控制74LS192 的异步清零端 CR 实现。

14、第三章 实验仿真使用仿真软件 ebw5.0 进行实验仿真，仿真结果截图：实验体会本次课设是本人到目前为止觉得最有意义也是收获最大的一次实习。身为 电气工程系的学生，设计是我们将来必需的技能。而这次课设恰恰给我们提供了 一个应用自己所学知识的平台。从通过理论设计，到仿真软件仿真，再到确定具体方案。整个过程都需要 我充分利用所学的知识进行思考、借鉴。可以说，本次课设是针对前面所学的知 识进行的一次比较综合的检验。总的来说，这次课设虽然累，但非常充实。在这次实习中，正确的思路是很重要的，只有你的设计思路是正确的，那 你的设计才有可能成功。因此我们在设计前必须做好充分的准备，认真查找详细 的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。如果说前面电路的理论设计是一件多么令人头痛的事，那么安装、调试过 程则是一个考验人耐心的过程，对电路的安装、分析、调试要一步一步来，不能 急躁。因为是在仿真软件上较理论上还是存在一定的差距，仿真能出来结果的在 实际电路不一定就能出来