篮球24秒计时器的设计与制作

武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书0目录摘要................................................................11设计任务及要求....................................................21.1设计任务.....................................................21.2基本要求.....................................................21.2.1初始条件...............................................21.2.2要求完成的主要任务.....................................22方案选择与论证....................................................32.1方案的选择..................................................32.2方案论证...................................................43电路框图及工作原理................................................43.1电路框图.....................................................43.2设计方案.....................................................54单元电路设计与说明................................................64.1时钟脉冲发生器...............................................64.224进制计数器...............................................74.3译码显示电路................................................94.4控制电路....................................................104.5声光报警电路...............................................104.6元器件选择.................................................115电路调试.........................................................115.1电路调试阶段...............................................115.2调试方法....................................................135.3调试步骤....................................................135.4调试中出现的问题及解决方案..................................145.5调试结果....................................................14结束语.............................................................15参考文献...........................................................16武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书1摘要该篮球竞赛倒计时电路主要由四个部分构成：时钟脉冲发生器、计数器、译码显示电路以及声光报警电路。时钟脉冲发生器由含555定时器的多谐振荡电路组成，发出频率为1HZ的方波脉冲；计数器主要由两个74LS192构成，具有计时器直接控制电路控制计数器启动计数、暂停/连续计数以及清零置数的功能；译码显示电路主要由两个七段共阴极的数码管和74LS48芯片构成，能够显示24秒倒计数过程；声光报警电路主要由一个发光二极管和一个蜂鸣器组成，当计数器显示00时，发光二极管和蜂鸣器一起工作，进行声光报警。关键词:时钟脉冲发生器计数器发光二极管蜂鸣器七段共阴数码管武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书2篮球24秒计时器的设计与制作1设计任务及要求1.1设计任务本设计主要能完成：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24秒限制。一旦球员的持球时间超过了24秒，它就自动报警从而判定此球员的犯规。1.2基本要求1.2.1初始条件：（1）具备显示24秒记时功能（2）计时器为递减工作，间隔为1S（3）递减到0时发声光报警信号（4）设置外部开关，控制计时器的清0，启动及暂停1.2.2要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）设计任务及要求（2）方案比较及认证（3）系统框图，原理说明（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明（5）调试记录及结果分析（6）对成果的评价及改进方法（7）总结（收获及体会）（8）参考资料（9）附录：器件表，芯片资料武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书32方案选择与论证2.1方案的选择方案一（电路原理图）：优点：设计思路及电路连接简单，工作速度快，各部分反应灵敏。缺点：电路稳定性差，信号发生器易受外界干扰输出不稳定波形，有开关抖动，暂停后再计数会产生跃变图2-1方案一电路原理图方案二（电路原理图）：优点：电路稳定性高，大大削弱了开关抖动带来的计数跃变。缺点：电路较为复杂，易出错。555_VIRTUALTimerGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRI10nFC10nFCf5VVs3210U174LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR1413VCC5VVCCVCC5VJ1Key=SpaceJ2Key=Space293014J3Key=SpaceVCC03233347U3DCD_HEXU4DCD_HEX45689101112X15V_1WU5SONALERT200Hz01517U8A74LS04DU7A74LS10D&U6A74LS04D28.86MΩR157.72MΩR2武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书4图2-2方案二电路原理图2.2方案论证经过对电路功能的分析，整个24秒倒计时电路可由秒脉冲信号发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助控制电路组成，而方案二的稳定性更高，因此选择方案二为最佳方案。3电路框图及工作原理3.1电路框图24秒计时器的总体参考方案框图如下图所示。它包括时钟脉冲发生器、计数器、译码显示电路和声光报警电路等四个模块组成。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、定时时间到启动报警等功能。U174LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14X15V_1WU9SONALERT200HzVCC5V37555_VIRTUALTimerGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRI10nFC10nFCf5VVs04039381VCC5VVCC0VCC5VJ1Key=SpaceJ2Key=SpaceJ3Key=SpaceVCC440454746VCC5V4243U674LS373DW1D32D43D74D85D136D147D178D18~OC1ENG111Q22Q53Q64Q95Q126Q157Q168Q19VCC101141U774LS48NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U874LS48NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO423456789U10ABCDEFGCKU11ABCDEFGCK0U3A74LS04DU4A74LS04D28.7MΩR157.6MΩR2U5A74LS10D&R8180ΩRPACK72021222324253334353648495051R1180ΩRPACK7121314151617181926272829VCC30310武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书5时钟脉冲发生器产生的信号要求是1HZ的方波脉冲，但是设计对此信号要求并不太高，故电路可采用含555集成定时电路组成的多谐振荡器构成。译码显示电路由74LS48(译码器)和共阴极七段LED显示器组成。报警电路可用发光二极管与蜂鸣器组成，进行声光报警。图3-124秒计时器系统设计框图3.2设计方案该篮球竞赛倒计时电路的最重要的部分是24进制计数器，用74LS192进行24进制同步减法计数。同时选择74LS48作为BCD码译码器来对7段数码显示管进行译码驱动，选择两个七段数码显示管进行显示。根据设计要求，本课程设计采用555定时器制成的多谐振荡器，对24进制计数器进行秒脉冲的输入。在本设计中，因为我们需要对其进行暂停、清零、报警等控制，所以我们使用了三个开关来控制计数器的各功能的实现。设计的电路图如下所示：译码显示部分（高位）译码显示部分（低位）计数器（高位）计数器（低位）控制电路时钟脉冲发生器开关声光报警电路回馈武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书6图3-2选取的减计数器电路原理图4单元电路设计与说明4.1时钟脉冲发生器秒脉冲产生电路，由555定时器和外接元件R1、R2、C等构成多谐振荡器。下图：其中R1相当一个定时电阻决定C的放电的持续时间，起始时，电容C上电压VC因放电而下降，当其值低于下阈值1/3VCC时定时器被触发端触，输转换为高电平，释放电晶体管截止。电容C开始充电，以（R１＋R2）C的常数趋向VCC。当电容上电压VC上升到上阈值2/3VCC时，输出又转换为低电平，并使放电晶体管导电。电容C又重新通过R1和放电晶体管放电，近似以R2C的时常数趋向于零。当电容C上电压下降到1/3VCC时，开始新的循环。如此反复，定时器连续震荡，在输出端产生矩形脉冲在电容C上形成近似锯齿波的波形。根据上述分析，利用电路暂态分析的三要素法，得电容C充电的电压表为VC=1/3VCC+2/3VCC（1-e-t/τ）（4.1）（4.1）式中，τ=(R1+R2)C（4.2）U174LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14X15V_1WU9SONALERT200HzVCC5V37555_VIRTUALTimerGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRI10nFC10nFCf5VVs04039381VCC5VVCC0VCC5VJ1Key=SpaceJ2Key=SpaceJ3Key=SpaceVCC440454746VCC5V4243U674LS373DW1D32D43D7