篮球竞赛30秒计时器.docx
《篮球竞赛30秒计时器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《篮球竞赛30秒计时器.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
篮球竞赛30秒计时器
智能仪器课程设计报告
设计题目：
篮球竞赛30秒计时器设计
专业班级：
2011级电子1班
姓名：
徐睿昀
学号：
119050244098
指导教师：
刘宝成
完成日期：
2014年10月10日
篮球竞赛30秒计时器设计
一、设计任务与要求
1．具有显示30秒计时功能；
2．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；
3．计时器为30秒递减计时器，其计时间隔为1秒；
4．计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出报警信号。
二、方案设计与论证
在篮球比赛中，规定了一方的持球时间不能超过30秒，否则就被判做犯规。
本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，就可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒进行限制。
一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警。
1.所选方案：
这次课设设计了一个一个篮球竞赛30秒计时器电路。
它由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和时序控制电路五个部分组成。
当计数器接收到秒脉冲后开始倒记数，等递减到0时，发光二极管亮光报警。
通过控制电路来完成计时器的启动、计数、暂停/继续、译码显示电路的显示等功能。
本电路用两个74LS192芯片构成递减计数器（30进制）；控制电路由74LS00和74LS08构成；秒脉冲发生器由555集成定时器构成；两个数码管构成显示电路。
图1篮球竞赛30秒计时器原理框图
2.简单论证：
篮球竞赛30秒计时器原理框图如图1所示。
功能的电路采用模块化设计，分别都有各自的功能。
该计时器包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路、报警电路等5个部分组成。
其中计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成30秒计时功能，而控制电路控制计数器的启动计数、暂停／继续计数。
当启动置数开关时，计数器完成置数功能显示30秒字样；当启动开关时，计数器开始计数；暂停／继续开关连接到连续计数端时，计数器开始连续计数，当连接到暂停计数端时，计数器暂停计数。
计数器递减到零时，发出光电报警信号。
三、单元电路设计与参数计算
（1）8421BCD码递减计数器模块电路
本实验中计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制同步加法/减法计数器，它采用8421BCD码二-十进制编码，其功能表如表1所示。
表174LS192的功能表
CPU
CPD
CR
操作
×
×
0
0
置数
↑
1
1
0
加计数
1
↑
1
0
减计数
×
×
×
1
清零
由此看出,当LDˊ=1,CR=0,CPD=1时,如果有时钟脉冲加到CPU端,则计数器在预置数的基础上进行加法计数,当计数到9时,COˊ端输出进位下降沿跳变脉冲；当LDˊ=1，CR=0，CPU=1时，如果有时钟脉冲加到CPD端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当计数到0时，BOˊ端输出借位下降沿跳变脉冲。
由此设计出三十进制减法计数器，具体电路图如图2所示,图中的Q0-Q7分别接到显示译码器的输入端，CPD端接到秒脉冲发生器的脉冲输出端。
图中预置数为N=（0011000）8421BCD=（30）10，当低位计数器的借位输出端BOˊ输出借位脉冲时，高位计数器才开始进行减法计数。
当计数到高、低位计数器都为零时，高位计数器的借位输出端BOˊ输出借位脉冲，使置数端LDˊ=0，则计数器完成置数，在CPD端输入脉冲的作用下，进行下一循环的减法计数。
图2三十进制减法计时器
（2）时钟信号控制电路
图3是时钟脉冲信号CP的控制电路,控制CP的放行与停止。
当定时时间未到时，74LS192的借位输出信号BO2=1时，则CLK信号受“暂停/继续”开关S2的控制，当S2处于“暂停”位置时，门U10A输出0，门U7A关闭，封锁CLK信号，计数器暂停计数；当S2处于“连续”位置时，门U10A输出1，门U2A打开，放行CLK信号，计数器在CLK作用下，继续累计计数。
当定时时间到时，BO2=0，门U7A关闭，封锁CLK信号，计数器保持零状态不变。
从而实现了当暂停/连续开关处于暂停状态时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示原来的数，而且保持不变；当暂停/连续开关处于连续状态时，计数器正常计数，的功能要求。
注意，BO2是脉冲信号，只有在CPD保持为低电平才能保持不变。
（3）秒脉冲信号产生模块电路
NE555秒脉冲发生器由555集成定时器构成，其引脚图如图4所示。
NE555秒脉冲发生器的周期与其充电的时间有关，充电时间由图11中的电容C1、电阻R1和R2所决定周期的计算公式为：
T=Ln2（R1+2R2）×C1。
本实验需要的周期是1s，计算出较为稳定的电阻电容值为：
R1=15kΩ,R2=68kΩ,C1=10μF,C2=10nF。
计算得T=1s。
图4秒脉冲发生电路
（4）显示模块电路
显示模块用来显示计时模块输出的即时计时和中途计时结果。
是由七段数码管构成，计时模块输出计时信号通过译码器译码由数码管显示出来。
如图5所示。
图5显示译码电路图6发光报警电路
（5）光报警模块
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6所示。
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
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,
端输出为高
（1）,二极管不报警。
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
图7总原理图
2．元件清单
表2元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R1
RJ71
600Ω
1
电阻
R2
RJ72
10KΩ
2
电阻
R3
RJ73
15KΩ
1
电阻
R4
RJ74
68KΩ
1
电阻
C1
CL11
10nF
1
电容
C2
CL11
10μF
1
电容
VCC
LCM300
+5v
2
直流电源
Vs
LCM200
+40v
1
直流电源
U1U2
DCD_HEX_DIG_YELLOW
共阴极
2
七段显示数码管
五、安装与调试
1.电路的安装与调试
在这两周的课程设计中，通过查找资料、比较各种方案、讨论，最终确立了比较简单又比较完善的方案，并用仿真软件仿真出了结果。
领取组件后，我负责电路板上元器件的排版和我和部分模块电路的焊接，我同组人主要负责电路检查和其他部分电路的焊接。
电路安装完毕后，首先我们检查电路各部分的接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。
接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。
如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。
通电后，稳压电源的5伏电压会突变到2伏左右，而且电路板上VCC和GND两条总线间连电压都没有，但各芯片又处于正常通电状态，由于电线太多，而且出现的问题经调试后也无法减少，所以我们决定重新焊接。
这一次，我们采取“各个击破”的方式进行电路板的焊接。
不过在单元电路的完成过程中也出现了一些问题，在显示电路的部分中，我们选用的是七段共阴数码管，它的公共端3脚和8脚本应都接低电平的，而我们在焊接时却不小心将8脚接到了VCC总线上，导致数码管不能正常显示，这让我们明白在焊接过程中要绝对细心，头脑要清楚，在焊接时要数清芯片的管脚，并正确接到别的芯片上对应的管脚上。
还有在计数电路中，计数时丢失了有4和7的数，经过分析了解到，我们肯定有虚焊点的存在，通过用万用表检测问题计数器各输出端的电平，发现果然是虚焊问题导致的结果，低位计数器的Qc端一直没有电压，经过再次焊接后，计数终于恢复了正常。
基本电路完成后，我们开始灭等电路的焊接和各个暂停开关的焊接。
这两部分相对比较简单。
但这里偏偏也有麻烦。
开始，我们将暂停开关放在计数器信号输入与555信号输出之间，但接上电源后，数码显示异常，而将计数信号输入与信号发生器相连，电路又运行正常。
这个现象让我们把问题锁定在开关上，后来通过询问其他同学，了解到555产生的脉冲信号不稳定，而我们选用的开关是一个拨动开关，当拨动时会有较大的振动，会影响信号的传送。
所以后来我们就换了开关的位置，放到电阻R1那，避免和555信号输出端连接。
改良后，电路可以正常工作。
最后做整体电路的检测，各个模块的工作都很正常，外部操作开关也都可以实现要求中的启动、暂停、清零、连续功能。
基本完成了此次课程设计的任务。
2.电路的检查与解决方案
（1）控制电路检查
在电路全部焊接完后，改变各开关的闭、合状态，电路的启动、连续、暂停清零等功能均得以实现，电路控制部分没有问题。
（2）显示电路检查
当将显示电路中的两个数码管接好后，接入直流电源，发现数码管不亮，说明显示电路连接不正确。
解决方法：
1）接入电源，用万用表检查电路是否焊接好且没有虚焊，并把有问题的部分重新焊接好；
2）进一步检查电源与地的接入是否接反；
3）若上述两种情况都未出现则对照各芯片的管脚图，检查在焊接过程中各管脚的连接是否接错；
（3）计时电路检查
将本课设中所选计数器74LS192与显示电路相连，接入直流电源，用信号发生器给计数器一个1s的脉冲信号，观察计数器的计数功能，发现数码显示是在从30递减至0的过程中未出现有4和7的数，上述情况表明计数电路接触良好，但置数出现问题。
解决方法:
1）检查两片74LS192的数据输出端所连的置数电路，看是否有连线错误；
2）选择被用作低位显示的那片74LS192作为检测对象，在数码显示的整个过程中用万用表测量Qc对应的6管脚的电压。
看是否有时会有高电平。
（4）555脉冲发生电路检查
我们将555的输出端3接到示波器上观察到的波形为一脉冲波，其频率近似为一秒。
基本符合课程设计中所需秒信号的要求。
（5）报警电路检查
将秒信号接入计数电路，按下启动电路，观察计数为0时发光二极管的像工作情况，发现当数码显示为00时，发光二极管发光，说明报警电路光电报警功能已经实现。
六、性能测试与分析
（1）秒脉冲信号发生电路的仿真
将秒信号发生器接到示波器上，如图8所示。
观察输出波形，如图9所示。
图8秒脉冲信号发生器仿真
图9秒脉冲信号的波形图
（2）30秒置数仿真测试
启动S1（低电平）成置数功能,LD置为低电平出现30秒字样;断开S1（高电平），LD置为高电平，计数器开始进行递减计数，如图10所示。
图1030秒置数仿真测试
（3）暂停/继续仿真测试
当暂停/继续开关S2处于暂停位置（低电平）时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示原来的数，而且保持不变，如图11所示；当暂停/继续开关S2处于连续位置（高电平）时，计数器正常计数如图12所示
图11暂停仿真测试
图12连续仿真测试
（4）报警电路的仿真
如图13所示，当计数器计到状态“00”时，高位片的借位输出端BO产生低电平借位脉冲信号，由此导通发光二极管产生光报警信号。
图13报警电路的仿真
七、结论与心得
根据实验结果，本设计方案基本完成了设计的要求，总的来说该方案是十分可行的，电路结构简单，条理清晰，结果符合要求。
但是由于产生的脉冲信号不易保持以及产生的秒脉冲信号不够稳定和精确的原因还存在着报警时间过短和计数时间不够精确的缺陷，可以通过用分频电路来代替555信号发生器来产生稳定的秒脉冲计时信号，来进一步改善电路计时的准确性；对产生的借位脉冲信号时间过短的原因可以用展宽电路把脉冲扩展到足够宽，使发光二极管持续发光。
综合各种因素来看，该方案所设计的电路比较经济实惠。
虽然由于该电路中的元气件价格低廉但电路的总体性能比较稳定，效果很好，由此可见该方案的性价比还是很高的，若把该方案所设计的电路做成实物图完全可以应用到篮球比赛中。
八、参考文献
[1]康光华.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006
[2]康光华.电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006
[3]陈有卿.实用555时基电路300例[M].北京：
中国电力出版社，2005
[4]李响初，阙爱仁，李喜初.实用电子控制线路200例[M].北京：
中国电力出版社，2009
[5]陈永甫.电子电路智能化设计实例与应用第二集[M].北京：
电子工业出版社，2002
[6]电子线路设计·实验·测试（第三版）[M].北京：
华中科技大学出版社社，2003
[7]电子线路综合设计实验教程[M].北京：
天津大学出版社，2005
升级会员 