篮球竞赛30秒计时器

目录目录摘要…………………………………………………………………………………ⅠAbstract………………………………………………………………………………Ⅱ第1章绪论………………………………………………………………………11.1课题背景研究的意义及目的………………………………………………11.2课题研究的内容及要求……………………………………………………1第2章电路设计原理与单元模块…………………………………………………22.1设计原理……………………………………………………………………22.2设计方案与论证……………………………………………………………22.2.1秒脉冲发生电路……………………………………………………22.2.2控制电路……………………………………………………………42.2.3计数电路……………………………………………………………52.2.4译码及单元显示电路………………………………………………62.2.5报警电路论…………………………………………………………8第3章单元电路的设计………………………………………………………………93.1秒脉冲发生电路设计………………………………………………………93.2计数电路设计………………………………………………………………93.3控制电路设计………………………………………………………………113.4译码及单元显示电路设计…………………………………………………113.5报警电路设计………………………………………………………………12第4章调试及结果分析……………………………………………………………134.1调试……………………………………………………………………………134.2结果分析……………………………………………………………………14设计心得及总结…………………………………………………………………………15参考文献…………………………………………………………………………………16致谢…………………………………………………………………………………17附录一30秒计时器元件明细表……………………………………………………18附录二30秒计时器电路总图………………………………………………………19摘要Ⅰ摘要计时器在人类生活中有着非常重要而广泛的应用，古时候人们就开始用沙漏和水漏做定时工具，随着科技和社会的发展，人们开始用全新的方法来改造计时器以达到准确计时的目的。篮球竞赛计时器就是一种典型的计时器的应用。在篮球比赛中规定球友持球的时间不能超过30秒，否则就是犯规。本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间进行30秒限制，一旦球员持球的时间超过了30秒，它将自动报警从而判定刺球员的犯规。本文设计用的是实现以中小规模集成电路设计计时器的方法，它是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。它是由时钟脉冲产生电路、计数电路、译码驱动及显示电路、报时电路及电源电路组成。时钟脉冲采用555定时器构成多谐振荡电路产生，。。。。通过EDA软件Multisim10绘制了电子电路仿真原理图，并进行仿真，同时用万能板焊接制作了硬件实现电路。关键词：30秒计时器555定时器限制AbstractⅡAbstractClock，asweallknow，iswildlyandimportantlyusedinhumanlife.inancient,ourancestorbegantousesandglassandhourglassastimework,but,withthefastdevelopmentofscienceandsociety,peoplestartusingallnewmethodtochangeoutclockandmakeitmoreexact.Basketballgameisaparticularfieldtouseclock.thereisaruleinbasketballgamethatplayercan’tholdtheballexceed30seconds,otherwiseitisafoul.”the30secondsclockinbasketballgame”designedinmycoursedesigncanusedinbasketballgame,tolimitedplayersholdtheballin30seconds.onesplayersholdballover30secondsitwillgiveanalarmbyitselftojudgetheplayerisfoul.Whatthepaperuseisthedesigntorealizemediumscalewithintegratedcircuitdesignmethod,itisakindoftypicaldigitalcircuits,includingtheportfoliologiccircuitandthesequentialcircuits.Itisconstitutebytheclockpulsecircuits,countingcircuit,decodedriveanddisplaycircuit,chimecircuitandpowercircuitcomponent.Clockpulse555timingconstitutebymultipleresonanceswingcircuitproduce,...wedrawselectroniccircuitsimulationprinciplechartandsimulationthroughMultisim10EDAsoftware,atthesametimeweusetheuniversalplateweldingtomadehardwarerealizationcircuit.第1章绪论1第1章绪论1.1课题背景研究的意义及目的在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。特别是篮球比赛中除了有总时间倒计时外，为了加快比赛的节奏，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。本人设计了一个篮球比赛计时器，可对比赛总时间和各方每次控球时间计时。该计时器采用按键操作、ＬＥＤ显示，非常实用。此计时器也可作为其他球类比赛的计时器1.2课题研究的内容及要求（1）具有显示30秒计时功能；（2）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；（3）在直接清零时，要求数码管显示器灭灯；（4）计时器为30秒递减计时，其计时间隔为1秒；（5）计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。整个电路的设计借助于Multisim10仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim10下设计和进行仿真，得到了预期的结果。第2章电路设计原理与单元模块2第2章电路设计原理与单元模块2.1设计原理30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（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30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。30秒计时器系统设计框图译码显示电路由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。2.2设计方案与论证2.2.1秒脉冲发生电路方案一：由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。方案二:由14位二进制串行计数器/分频器和振荡器CD4060、BCD同步加法计数器CD4518构成的秒信号发生器。外部操作开关秒脉冲发生器计数器译码显示控制电路报警电路第2章电路设计原理与单元模块3555与RC组成的多谐振荡器图石英晶体振荡器图电路中利用CD4060组成两部分电路。一部分是14级分频器，其最高分频数为16384；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768Hz的振荡器。震荡器输出经14级分频后在输出端Q14上得到1/2秒脉冲并送入由1/2CD4518构成的二分频器，分频后在输出断Q1上得到秒基准脉冲。第2章电路设计原理与单元模块4方案选择:本课程设计中对秒脉冲信号的精度要求并不是很高，并且方案二中用CD4060和分频器构成的基准秒脉冲发生电路较于前者要复杂的多，而且CD4060和CD4518我们平常很少用，对其功能和引脚信息了解不多，所以，我们选用了方案一，用555定时器构成电路中的脉冲信号发生器。2.2.2控制电路(1)暂停/连续控制电路电路中通过外部操作开关控制脉冲信号的连续与暂停来实现整个电路的连续与暂停功能。通过开关控制高低电平的接入，进而控制秒脉冲是否接入计数器，从而达到暂停和连续的功能。原理图如下所示。第2章电路设计原理与单元模块5(2)置数/启动控制电路利用单刀双掷开关一端接地一端接电源，控制给计数电路的复位清零引脚接入高低电平2.2.3计数电路在数字系统中使用的最多的时序电路要算是计数器了。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。计数器的种类非常多。如果按计数器中的触发器是否同时翻转分类，可以将计数器分为同步式和异步式两种。在同步计数器中，当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同时发生的。而在异步计数器中，触发器的翻转由先有后，不是同时发生的。在设计中我们选择的是同步加/减计数器74LS192。它是双时钟同步可逆计数器，是8421BCD码计数，引脚如图。第2章电路设计原理与单元模块674LS192功能表：输入输出CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01XXXXXXXO00000XXdcbadcba0111XXXX保持011XXXX加计数011XXXX减计数表中CR是清零端，LD是置数端，CPU是加计数时钟输入端，CPD是减计数时钟输入端，D3﹑D2﹑D1﹑D0DO都是计数器预置数输入端，Q3﹑Q2﹑Q1﹑Q0都是数据输出端，另外，C0是非同步进位输出端，BO是非同步借位端输出端。2.2.4译码驱动及显示单元电路BCD码七段译码驱动器型号有74LS47（共阳）74LS48（共阴）、CD4511（共阴）等，本设计采用的是74LS48。其中A-D为BCD码输入端;a-g为译码输出端，输出“1”有效，用来驱动LED共阴数码管；LT’为测试输入端，LT’=0时，译码输出全为“1”；BI’为消隐输入端，BI’=0，译码输出端全为“0”；LE为锁定端，LE=1时译码器处于锁定状态，译码输出端保持在LE=0时的数值，LE=0为正常译码。74LS48内有上拉电阻，故只需要在输出端与数码管管脚端之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。第2章电路设计原理与单元模块774LS48引脚图第2章电路设计原理与单元模块82.2.5报警电路设计中要求电路在计数为0时实现光电报警的功能。设计方案中发光二极管实现了这一功能。报警电路图：当高位计数器的数值减到0时，向前借位~BO又由高电平变为低电平，由电路可知这是LED二极管亮，达到光电报警的作用。第3章单元电路的设计9第3章单元电路的设计3.1时间脉冲产生电路的设计产生1Hz时间脉冲的电路图由于R1=600Ω,R6=100Ω,C1=10Uf,C2=10nF，因为T=(R1+2R2)C㏑2，算得T=1.008s3.2计数电路的设计30秒篮球计时器，只需要进行单一的递减计算，所以在设计中我选择的是同步加/减计数器74LS192。它是双时钟同步可逆计数器，是8421BCD码计数。设计中通过两片74LS192的级联来实现一个30进制的计数器。当低位片从0跳到9时，