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课程设计-简易篮球比赛计时器.doc

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上传者: 陈风霜 2017-10-12 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《课程设计-简易篮球比赛计时器doc》,可适用于综合领域,主题内容包含课程设计简易篮球比赛计时器简易篮球比赛计时器郑州轻工业学院电子技术课程设计题目简易篮球计时器学生姓名专业班级学号院(系)电气信息工程学院指导教师完成符等。

课程设计简易篮球比赛计时器简易篮球比赛计时器郑州轻工业学院电子技术课程设计题目简易篮球计时器学生姓名专业班级学号院(系)电气信息工程学院指导教师完成时间年月日简易篮球比赛计时器郑州轻工业学院课程设计(论文)任务书题目简易篮球比赛计时器专业学号姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等:主要内容(阅读相关科技文献。(学习protel软件的使用。(学会整理和总结设计文档报告。(学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求篮球比赛采取四节制每节分钟要求能够计时。篮球比赛采取进攻秒制要求能够倒数计时。要求时间用数码管表示出来。要求可以手动控制计时即能够随时暂停启动后可以继续计数并且能够对计数进行清零。要求每节结束、全场结束和秒结束时能够自动进行声音提示。主要参考资料(何小艇电子系统设计浙江大学出版社年月(姚福安电子电路设计与实践山东科学技术出版社年月(王澄非电路与数字逻辑设计实践东南大学出版社年月(李银华电子线路设计指导北京航空航天大学出版社年月(康华光电子技术基础高教出版社完成期限:年月日指导教师签章:专业负责人签章:年月日简易篮球比赛计时器目录摘要、计数器概述篮球竞赛秒计时器功能设计任务及要求设计任务及目标、总体设计思路、基本原理、设计思路、基本原理、总体设计框图、单元电路设计、秒脉冲发生器的设计、秒、分倒计时计数器的设计、秒倒计时电路、分钟倒计时电路设计、译码器和显示器的设计、总设计、安装、调试步骤、故障分析与电路改进故障分析和解决电路改进、总结、参考文献、附录致谢简易篮球比赛计时器简易篮球比赛计时器摘要本设计是脉冲数字电路的简单应用设计了篮球竞赛秒和分钟倒计时器。此计时器功能齐全可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有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报警信号。本设计完成的中途计时功能实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功能在社会生活中也具有广泛的应用价值。本电路主要有五个模块构成:秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路。控制电路直接控制计数器启动计数、暂停连续计数、译码显示电路的显示等功能。当控制电路的置数开关闭合时在数码管上显示数字每当一个秒脉信号输入到计数器时数码管上的数字就会自动减当计时器递减到零时报警电路发出光电报警与蜂鸣信号。关键词:计数器秒倒计译码显示电路控制电路报警电路简易篮球比赛计时器计数器概述篮球竞赛秒计时器功能数字电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用在生活中有着各种各样的应用。因此课程设计是数字电子技术学习中非常重要的一个环节它将学生的理论知识和实践能力统一起来为以后的工作做好准备。在篮球比赛中规定了球员的持球时间不能超过秒否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛秒计时器”可用于篮球比赛中用于对球员持球时间秒限制。一旦球员的持球时间超过了秒它就自动报警从而判定此球员的犯规。本课程设计是脉冲数字电路的简单应用设计了篮球竞赛秒计时器。此计时器功能齐全有显示秒倒计时的功能同时系统设置外部操作开关控制计时器的直接清零、启动、暂停、连续功能。而在直接清零时数码管显示器灭灯计时器为秒递减计时其计时间间隔为秒计时器递减计时到零时数码管显示器不灭灯同时发出光电报警信号。设计任务及要求基本要求()显示秒计时功能。()设置外部操作开关控制计时器直接清零、启动、暂停连续功能。()在直接清零时要求数码显示器灭灯。()计时器为秒递减计时器其计时间隔为秒。()递减计时到零时显示器不能灭灯同时发出光电报警信号。()秒脉冲由多谐振荡器给出。设计任务及目标()根据原理图分析各单元电路的功能()熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能()进行电路的装接、调试、直到电路能达到规定的设计要求()写出完整、详细的课程设计报告。简易篮球比赛计时器总体设计思路、基本原理设计思路篮球比赛计时器的主要功能包括:分钟倒计时、进攻方秒倒计时计时暂停重新开启和结束警报提示。该计时系统由以下四个电路模块组成:秒时基产生器:这部分利用KHz需要通过分频器最终产生赫兹的电信号驱动整个电路的运作。这一模块主要是利用CD和CD的锁存和分频功能来实现。分钟倒计时:这部分电路完成分钟倒计时的功能比赛准备开始时屏幕上显示:字样。当比赛开始时倒计时从:开始逐秒递减到:。这一模块主要利用双向计数器LS的减计数功能来实现。攻方秒倒计时:这部分电路与分钟倒计时功能类似当比赛准备开始时屏幕上显示秒字样当比赛开始后倒计时从逐秒倒数到。这一模块主要也是利用双向计数器LS来实现。节数记次:四个LED分别表示四场节次根据比赛场次的转换用适当的方法使这四个LED依次自动指示四场节次。警报提示:当两个计数器中任一个计时到零时BO端出现低电平。通过和二极管作用发光二极管亮起到报警作用。基本原理主体电路:即倒计时部分。包括分钟和秒倒计时。分钟倒计时的基本原理:比赛处于准备开始阶段闭合开关S使倒计时计数器相应的置数或清零端有效显示设定的时间:当主裁判抛起球比赛开始断开S倒数计时器开始工作(相应的置数、清零端无效)计时器逐秒进行倒计显示。当有球员犯规裁判吹哨整个计时系统的倒计时暂停这个功能通过闭合暂停开关S截断时钟脉冲的传输来实现。当倒数计时器计数到零时选取“:”这个状态通过组合逻辑电路给出截断信号,让其与时钟脉冲在与非门中将时钟脉冲截断从而计时器在计数到零时停住。秒计数芯片的置数端由开关S控制闭合S置数断开S启动。警报提示:当分倒计时和秒倒计时任意一个到零时蜂鸣器鸣响报警。简易篮球比赛计时器总体设计框图秒显示分钟显示译码驱动译码驱动控制电路计数器计数器秒脉冲发生器报警电路图总体电路说明:倒计时功能主要是利用计数芯片来实现同时利用反馈和置数实现进制的转换以适合分和秒的不同需要。由于该系统特殊的需要到各计时器到零时通过停止控制电路使计数器停止计数并用LED发出警报。而节次计数是通过分钟的重置来实现的。简易篮球比赛计时器单元电路设计秒脉冲发生器的设计由集成电路定时器与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号。UVCCRRSTVCCTHRRCVOLTDISCCTRIGuFLMJCGNDOUT图脉冲发生器参数计算:脉冲产生电路:a用组成的脉冲产生电路:R=*ΩR=*ΩC=μF则所产生的脉冲的为:f=(R*R)***=Hz,而设计要求为Hz,因此其误差为,在精度要求不是很高的时候可以使用b石英晶体振荡电路:采用的晶体振荡电路,其频率为Hz,然后再经过分频电路可得到标准的Hz的脉冲输出R的阻值,对于TTL门电路通常在,KΩ之间对于CMOS门则常在,MΩ之间。器件特性定时器是一种中规模集成电路外形为双列直插脚结构体积很小使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。集成定时器有双极性型和CMOS型两种产品。一般双极性型产品型号的最后简易篮球比赛计时器三位数都是CMOS型产品型号的最后四位数都是它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为(,V最大输出电流mA以内并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。引脚功能:Vi(TH):高电平触发端简称高触发端又称阈值端标志为TH。TRTR():低电平触发端简称低触发端标志为。ViVCO:控制电压端。VO:输出端。Dis:放电端。Rd:复位端。定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络产生VCC和VCC两个基准电压两个电压比较器C、C一个由与非门G、G组成的基本RS触发器(低电平触发)放电三极管T和输出反相缓冲器G。QRd是复位端低电平有效。复位后,基本RS触发器的端为(高电平)经反相缓冲器后输出为(低电平)。分析图的电路:在定时器的VCC端和地之间加上电压并让VCO悬空则比较器C的同相输入端接参考电压VCC比较器C反相输入端接参考电压VCC为了学习方便我们规定:当TH端的电压>VCC时写为VTH=当TH端的电压<VCC时写为VTH=。TRTR当端的电压>VCC时写为VTR=当端的电压<VCC时写为VTR=。低触发:当输入电压Vi<VCC且Vi<VCC时VTR=VTH=比较器C输QSR出为低电平C输出为高电平基本RS触发器的输入端=、=使Q,,经输出反相缓冲器后VO,T截止。这时称定时器“低触发”SR保持:若Vi>VCC且Vi<VCC则VTR=VTH===基本RS触发器保持VO和T状态不变这时称定时器“保持”。简易篮球比赛计时器高触发:若Vi>VCC则VTH=比较器C输出为低电平无论C输出何种QR电平基本RS触发器因=使,经输出反相缓冲器后VO,T导通。这时称定时器“高触发”。、C的参考电压。VCO为控制电压端在VCO端加入电压可改变两比较器C正常工作时要在VCO和地之间接(μF(电容量标记为)电容。放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。根据定时器的控制功能可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路例如,史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。在此次设计中采用多谐振荡器来设计。定时器应用为多谐振荡电路时当电源接通Vcc通过电阻RR向电容C充电其上电压按指数规律上升当u上升至Vcc会使比较器C输出翻转输出电压为零同时放电管T导通电容C通过R放电当电容电压下降到Vcc比较器C工作输出电压变为高电平C放电终止Vcc通过R。R又开始充电周而复始形成振荡。则其振荡周期与充放电时间有关也就是与外接元件有关不受电源电压变化影响。输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算:VCC、,,、t,C(),tw:uVRRuabCCCCVVCC当时把代入三要素方程。于是可解出:t,twtw,uCtw,()RRabVCC、,,V、()tw:,t,RBCuuCCVVCC当时代入公式,于是可解出:t,twtw,uCtw,CRb振荡周期T,twtw,C,sT()RRab于是为了产生周期为秒的脉冲可以使C,,F、、Ra,k,Rb,k,简易篮球比赛计时器秒、分倒计时计数器的设计秒倒计时电路计数器的倒计时功能。用两片LS分别做个位(低位)和十位(高位)的倒计时计数器由于本系统只需要从开始时的“”倒计到“”然后停止所以可以直接运用十进制的LS进行减计数。因为预置的数不是“”所以我选用置数端LD来进行预置数。低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。秒倒计时电路如图:图、秒倒计时电路简易篮球比赛计时器分钟倒计时电路设计分钟倒计时秒部分。运用两片可逆计数器LS来构成进制的减计数器。这个计数器的低位即个位不需要搭接任何反馈电路而直接运用LS芯片的减计数功能:时钟脉冲接到down端置数、清零端无效即可以实现十进制的倒计时计数功能。这个计数器的低位即个位不需要搭接任何反馈电路而直接运用LS芯片的减计数功能:时钟脉冲接到down端置数、清零端无效即可以实现十进制的倒计时计数功能。而最低位的计数变化应当与时钟脉冲的变化同步。所以原则上应当将时钟脉冲直接引到这片计数器的减计数时钟脉冲输入端down。该计数器的高位即十位与低位的计数进制不相同。由于时间的分和秒都是进制所以这里的计数芯片LS必须要接成六进制的计数器。这里我选用反馈置数的方法来实现这个功能。反馈方案一:考虑到LS芯片的置数端LOAD是异步置数并且是低电平有效的所以我根据LS芯片减计数的特点并综合以上两点特性就将LS芯片的输出)。从这两个引脚引出端输出时即仅QD和QA输出为高电平(二进制数高电平信号并通过与非门作用后形成低电平反馈信号送入LS芯片的置数端LOAD使之实现置数动作。反馈方案二:直接从QD引出高电平信号通过非门作用后形成低电平反馈信号送入LS芯片的置数端LOAD使之实现置数动作。(由于方案二和方案一相比功能相同连线更为简单和方便本设计采用方案二。)置数时输出的数是与输入的数是一样的所以我设置的数是(二进制)这样当计数器从变到时由于进行了异步置数就在瞬间变成了计数输出的结果就变为实现了六进制的功能。分钟倒计时分部分。也是运用两片可逆计数器LS来构成减计数器。在两片计数器的连接上与秒部分一样。也是把低位的借位信号作为高位的时钟脉冲进行连接。而低位计数器的时钟脉冲则是用秒部分高位计数器的借位输出信号来充当简易篮球比赛计时器的。运用以上两个计数器组合就在低位计数器从变到或从变到的瞬间在它的借位输出端出现一个借位信号从而使高位的计数器倒倒计一个数。实现倒计时功能。分钟倒计时电路如下:图、分钟倒计时电路警报提示就是完成任一计时器计时结束时系统给出连续的提示音。当电路由“”到“”时下面一个与非门输出低电平而鸣蜂器的和LED的正极已经接了高电平故这时由于两端存在电压差所以鸣蜂器和LED均能正常工作。从而发出报警信号。附图:简易篮球比赛计时器图、报警电路译码器和显示器的设计译码电路的功能是将“秒”、“分”计数器的输出代码进行翻译变成相应的数字。本次驱动LED七段数码管的译码器我选用了MC与LED七段共阴极显示数码管相互连接。简易篮球比赛计时器总设计整体电路图:DSDSDSDSDSDSAAAAAAAAAAAAPPPPPPabcdefgDabcdefgDabcdefgDabcdefgDabcdefgDabcdefgDUUUUUUffffffaceaceaceaceaceacebdgbdgbdgbdgbdgbdgDDDDDDDMCBDDMCBDDMCBDDMCBDDMCBDDMCBDVVVVVVDDDDDDOIOIOIOIOIOINNNNNNBBBBBBBBBBBBNNNNNNEABCDRRGEABCDRRGEABCDRRGEABCDRRGEABCDRRGEABCDRRGVCCUUUUUUQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQTCUTCDTCUTCDTCUTCDTCUTCDTCUTCDTCUTCDVCCVCCVCCVCCVCCVCCLSFMQBLSFMQBLSFMQBLSFMQBLSFMQBLSFMQBDDDDDDPPPPPPNNNNNNDDDDDDUDWNUDWNUDWNUDWNUDWNUDWNLRSTPPPPGLRSTPPPPGLRSTPPPPGLRSTPPPPGLRSTPPPPGLRSTPPPPGLSSpeakerVCCVCCSUBRUBKSRVCCSKRKUBUBUVCCRRSTVCCTHRRCVOLTDISCCTRIGuFLMJVCCRCGNDOUTSK图、总电路图开关S为分倒计时的置数启动开关。开关S为秒倒计时的清零开关。开关S为秒倒计时的置数启动开关。开关S为系统的暂停启动开关。简易篮球比赛计时器安装、调试步骤、按照万能板的规格设定好各集成芯片的排放位置、测试各芯片是否与面板接触良好。、用异步可逆双时钟BCD计数器LS及相关门实现定时倒计时电路。、当检测出问题后分析其原因是元器件本身原因还是接线错误更换元件或重新正确接线保证电路的正确运行。、整体综合连接测试整体性能。简易篮球比赛计时器故障分析与电路改进故障分析和解决在实际连线过程中出现故障几乎是不可避免的。其中接线错误就是第一个一个难以避免的困难。另外一个让人头疼的原因是实验板与芯片接触不良导致形成软型故障难以准确找出故障点。最后我个人认为还有一个细节也不能忽视就是实物图和电脑仿真上的芯片接法并不完全一样电脑仿真上的芯片许多管脚已经默认接地或接电源了这些我们在实物图上就必须实际地接上否则就会得到错误的结果。在查找故障时首先要有耐心和细心。同时要开动脑筋进行认真的分析和判断。在不通电的情况下通过目测对照电路原理图和装配图检查每一块片是否正确极性有无接反管脚有无损坏连线有无接错(包括漏错线、短路和)通电后通过类比法高低电平比较法等方法逐一找出故障点。电路改进尽管用本电路图所焊接出来的电路板能实现功能而且电路也很稳定。这也是对本电路的肯定。但从使用的过程中其实还是有值得改进的地方。比如当数码管显示到“”时能亮灯那应该是更完美的。但是本电路只有在从“”转到“”是才能亮灯及报警也就是说报警器慢了秒钟报警。实际的电路改进:可以先在两个LS的输出端接上接二个四输入端与非门。并且接到触发器的输入端这样能实现当数码管显示到“”时LED发光且鸣蜂器发出声音实现报警功能。但是这样的代价就是使电路更加的复杂所带来的工作量也随之增大。简易篮球比赛计时器总结此次电子线路课程设计让我获益匪浅使我尝到了将所学的知识用于实践的喜悦和成就感。此课程设计所设计制作的篮球竞赛秒计时器是一个实用性设计。此次设计的成不仅为所学的专业课程打下了坚实的基础提高了我们对分析与解决问题的能力也在研究与电子爱好追求上做了一个很好的起步。在此次课程设计中我们将课本理论知识与实际应用联系起来。按照书本上的知识和老师讲授的方法首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要求然后按照分析的结果进行实际连接操作检测和校正再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方还有出现的一些未知问题我们都认真分析讨论然后对讨论出的结果进行实际检测校正对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教和老师一起探讨解决。在这个设计中我学到了学习理论时学不到的东西不但锻炼我的动手能力而且巩固我们所学的理论知识这样实践与理论相结合就可以更快而有效地掌握知识。本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西那就是如何从理论到实践的转化怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识而我们应把所学的用到我们现实的生活中去此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础我会在以后的学习、生活中磨练自己使自己适应于以后的竞争同时在查找资料的过程中我也学到了许多新的知识在和同学协作过程中增进同学间的友谊使我对团队精神的积极性和重要性有了更加充分的理解。最后感谢老师对我的细心的指导正是由于老师的细心的辅导和他提供给我们的参考资料使得我的课程设计能够顺利的完成同时在课程设计过程中我们巩固和学习了我们的电子技术知识。相信这对我以后的课程设计和毕业设计将会有很大的帮助~简易篮球比赛计时器参考文献【】康华光、邹寿彬电子技术基础数字部分(第四版)高等教育出版社年月【】徐国华模拟及数字电子技术实验教程北京航空航天大学出版社年月【】王澄非电路与数字逻辑设计实践东南大学出版社年月【】姚福安电子电路设计与实践山东科学技术出版社年月【】徐国华、孙东、王新金电子综合技能实训教程北京航空航天大学出版社年月】《模拟电子技术基础》第三版北京:高等教育出版社【【】《数字电子技术》,第三版高等教育出版社年月【】康华光电子技术基础高教出版社简易篮球比赛计时器附录附录一:元件清单元件名原理图中编号数量备注LSUU十进制计数器MCUU译码器HCUBUB六反相器CCUB三输入与非门数码管显示器DSDS共阴极开关SS普通电容CuF电容C电阻RRK电阻RK电阻RK蜂鸣器LS表附录二:各集成电路管脚图和功能表UGNDQPQPQPQPTCDDWNTCUUPRSTVCCLDLSFMQB图、LS管脚图:简易篮球比赛计时器LS功能表:清零预置时钟预置数据输入输出RSTLDUPDWNPPPPDDDDHLLABCDABCDLHH加计数LHH减计数表MC管脚图:UENVDDAaBbCcDdeRBOfRBIgGNDMCBD图、MC管脚图简易篮球比赛计时器MC功能表:输入输出ENRBIDCBAabcdefgRBO显示灭灭表HC管脚图:图、HC管脚图简易篮球比赛计时器HC逻辑图:图、HC逻辑图图、cc管脚图简易篮球比赛计时器致谢感谢学校给了我们这次课业设计的机会能让我们提前体会毕业设计的格式及要求也要感谢黄老师对我们的指导使我们的设计可以能顺利完成。经过这次设计使我对所学专业有了更进一步的认识而且对数字电子技术和模拟电子设计有了一定的复习。最后感谢给我帮助的同学是他们在我遇到困难时能给我无私的帮助。

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