篮球比赛24秒倒计时器

电子课程设计1目录摘要................................................................................................................................2关键词............................................................................................................................21设计任务与要求[1][2][3][4].....................................................................................31.1设计任务......................................................................................................31.2设计要求......................................................................................................31.3技术指标......................................................................................................31.4题目评析......................................................................................................41.5设计意义......................................................................................................42方案论证与实现....................................................................................................52.1方案论证......................................................................................................52.2方案实现[1][3][4]...........................................................................................53Mutisim电路仿真[1][4][5][6].................................................................................103.1Mutisim仿真电路的组成.........................................................................103.2仿真分析....................................................................................................103.3仿真分析总结............................................................................................114系统的调试组装..................................................................................................124.1SCH元件库及PCB元件库[1][2][7][8][9][10]..............................................124.2绘制电路原理图[7][8][9][10]........................................................................164.3原理图规则检查及报表[8][9].....................................................................164.4输出元件清单[8].........................................................................................164.5PCB电路板设计[7][8][9].............................................................................194.6PCB电路板设计常见问题和常用技巧[7]................................................215面包板实物图......................................................................................................236实验总结..............................................................................................................257心得体会..............................................................................................................268参考文献..............................................................................................................27电子课程设计2摘要：随着电子技术的飞速发展，社会步入了信息时代，人们的生活水平在逐步提高，因而对电子产品提出了更高的要求。篮球竞赛24秒倒计时器可用于篮球比赛中对球员持球时间24秒限制，不仅能进行时间追踪，还具有直接清零、启动、暂停、连续以及光电报警功能，同时采用七段数码管[1]来显示时间，可以方便的实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出报警信号。在社会生活中也具有广泛的应用价值。计时器在许多领域均有普遍的应用，篮球比赛中除了有总计时倒计时外，为了加快比赛节奏，新的规则还要求进攻方在24秒内有一次投篮动作，否则视为违例。本设计题目的“篮球比赛24秒倒计时器”从数字电路角度讨论，实际上就是一个二十四进制递减的计数器，其中，秒脉冲产生电路由555定时器[1]和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，计数器由两片74LS192同步十进制可逆计数器[1]构成，译码及显示电路由译码驱动器74LS48和七段共阴数码管组成,光报警电路由发光二极管组成[2]。通过multisim软件仿真验证了电路的功能，运用protel软件对电路进行封装、布线和铺铜制成电路板。关键词：秒脉冲发生器计数器发光二极管七段共阴数码管封装电路板电子课程设计31设计任务与要求[1][2][3][4]1.1设计任务设计一个篮球比赛24秒倒计时器的电路，此电路能完成一次篮球进攻的24秒倒计时功能，当计时结束自动恢复为24秒计时的初始状态。另外，此倒计时器能够手动复位、启动计数、暂停/继续计数、计数为零的光报警等功能。1.2设计要求1、能完成精确的24秒倒计时功能。2、完成计数器的复位、启动计数、暂停/继续计数、声光报警等功能。3、能显示任意时刻的剩余时间。1.3技术指标开关A：启动开关。A处于高电平时，当计数器递减计数到零时，控制电路发出声、光报警信号，计数器保持“24”状态不变，处于等待状态；当A处于低电平时，计数器开始计数。开关B：暂停开关。当“暂停/连续”开关处于“暂停”（开关B接低电平）时，计数器暂停计数，显示器保持不变；当此开关处于“连续”（开关B接高电平）时，计数器继续累计计数。开关C：手动复位开关。当开关C接低电平，不管计数器工作于什么状态，计数器立即复位到预置数值，即“24”；当开关C接高电平时，计数器从24开始计数。LED灯：当24秒倒计时器时间有24倒计时至00时刻，24秒倒计时器停止计时，LED灯亮，开始光报警。电子课程设计41.4题目评析此题目的重点在于开关A能够启动24秒倒计时器，开关B能够随时暂停24秒倒计时器，开关C能够实现手动复位，LED灯实现光报警，24秒倒计时器的计时准确性。此设计题目的难点在于二十四进制递减计数器的实现及秒脉冲发生器的实现。1.5设计意义随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥这越来越重要的作用，运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活中不可缺少的一部分，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。例如，在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超24秒，否则就犯规了。此次设计的“篮球竞赛24秒计时器”就可用于篮球比赛中，用于对球员持球时24秒限制。一旦球员的持球时间超过24秒，它就自动报警从而判定此球员的犯规。电子课程设计52方案论证与实现2.1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，如图2.1.1所示。图2.1.1篮球比赛24秒倒计时器方框图2.2方案实现[1][3][4]1、秒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。图2.2.1：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。报警电路译码驱动计数器十位显示译码驱动个位显示计数器控制电路秒脉冲发生器电子课程设计6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）（2.1）（2.1）式中，τ=(R1+R2)C（2.2）t=tpH时VC=VCC，充电结束。即：VC=2/3VCC=1/3VCC+2/3VCC（1-e-t/(R1＋R2)C)（2.3）（2.3）从上式中可求得tpH=ln2(R1+R2)C=0.7(R1+R2)C=0.7(R1+R2)C（2.4）同理可求得C放电的电压表示为VC=2/3VCCe-t/R2C（2.5）t=tpL时，VC=1/3VCC，，放电结束，从式（2.5）可得VC=1/3VCC=2/3VCCe-t/R2C（2.6）tpL=τln20.7R2（2.7）振荡周期为T=tpH+tpL=0.7（R１＋2R2）C（2.8）振荡频率为f=1/T=1.43/(R1+2R2)C（2.9）此555定时器频率为1000HZ，故令C1=10