1、沈陽航空航天大學課 程 設 計（說明書）籃球競賽30秒計時器設計班級 / 學號 學 生 姓 名 指 導 教 師 沈陽航空航天大學課 程 設 計 任 務 書課 程 名 稱 數字邏輯課程設計 院（系） 計算機學院 專業 計算機科學與技術 班級 學號 姓名 課程設計題目 籃球競賽30秒計時器設計 課程設計時間: 2010 年 07 月 15 日 至 2010 年 07 月 24 日課程設計的內容及要求：一、設計說明在籃球比賽進行過程中經常需要計時操作，設計一個用于籃球競賽的30秒計時器。其原理參考框圖如圖1所示。 圖1 籃球競賽30秒計時器原理框圖二、技術指標1具有顯示30秒的計時功能。2設置外部操

2、作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停 / 連續功能。 3計時器為30秒遞減計時器，其計時間隔為1秒 。4計時器遞減計時到零時，數碼顯示器不能滅燈，應發出光電報警信號。三、設計要求1在選擇器件時，應考慮成本，要求采用LED顯示。2根據技術指標，通過分析計算確定電路和元器件參數。3畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規范化）。四、實驗要求1根據技術指標制定實驗方案；驗證所設計的電路。2進行實驗數據處理和分析。五、推薦參考資料1劉修文主編.實用電子電路設計制作.M北京：中國電力出版社，2005年2朱定華主編.電子電路測試與實驗.M北京：清華大學出版社，2004年3路勇主編.電子電路實驗及仿真.M

3、北京：北方交通大學出版社，2004年六、按照要求撰寫課程設計報告指導教師 年 月 日負責教師 年 月 日學生簽字 年 月 日成績評定表評語、建議或需要說明的問題：指導教師簽字： 日期：成 績一、 概述在籃球比賽中，規定了一方的持球時間不能超過30秒，否則就被判做犯規。本課程設計的“籃球競賽30秒計時器”，就可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間30秒進行限制。一旦球員的持球時間超過了30秒，它自動的報警。這次課設設計了一個一個籃球競賽30秒計時器電路。它由秒脈沖發生器、計數器、譯碼顯示電路、報警電路和時序控制電路五個部分組成。當計數器接收到秒脈沖后開始倒記數，等遞減到0時，發光二極管亮光報警。通

4、過控制電路來完成計時器的啟動、計數、暫停/繼續、譯碼顯示電路的顯示等功能。本電路用兩個74LS192芯片構成遞減計數器（30進制）；控制電路由74LS00和74LS08構成；秒脈沖發生器由555集成定時器構成；兩個數碼管構成顯示電路。二、 方案論證 圖1 籃球競賽30秒計時器原理框圖籃球競賽30秒計時器原理框圖如圖1所示。功能的電路采用模塊化設計，分別都有各自的功能。籃球競賽30秒計時器包括秒脈沖發生器、計數器、譯碼顯示電路、控制電路、報警電路等5個部分組成。其中計數器和控制電路是系統的主要部分。計數器完成30秒計時功能，而控制電路控制計數器的啟動計數、暫停繼續計數。當啟動置數開關時，計數器完

5、成置數功能顯示30秒字樣；當啟動開關時，計數器開始計數；暫停繼續開關連接到連續計數端時，計數器開始連續計數，當連接到暫停計數端時，計數器暫停計數。計數器遞減到零時，發出光電報警信號。三、 電路設計(1) 8421BCD碼遞減計數器模塊電路本實驗中計數器選用中規模集成電路74LS192進行設計，74LS192是十進制同步加法/減法計數器，它采用8421BCD碼二-十進制編碼，其功能表如表1所示。 表1 74LS192的功能表CPUCPDCR操作××00置數110加計數110減計數×××1清零由此看出,當LD=1,CR=0,CPD=1時,如果有時鐘

6、脈沖加到CPU端,則計數器在預置數的基礎上進行加法計數,當計數到9時,CO端輸出進位下降沿跳變脈沖；當LD=1，CR=0，CPU=1時，如果有時鐘脈沖加到CPD端，則計數器在預置數的基礎上進行減法計數，當計數到0時，BO端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設計出三十進制減法計數器，具體電路圖如圖2所示,圖中的Q0-Q7分別接到顯示譯碼器的輸入端，CPD端接到秒脈沖發生器的脈沖輸出端。圖中預置數為N=（0011000）8421BCD=（30）10，當低位計數器的借位輸出端BO輸出借位脈沖時，高位計數器才開始進行減法計數。當計數到高、低位計數器都為零時，高位計數器的借位輸出端BO輸出借位脈沖，使置數端L

7、D=0，則計數器完成置數，在CPD端輸入脈沖的作用下，進行下一循環的減法計數。 圖2 三十進制減法計時器(2) 時鐘信號控制電路 圖3時鐘信號控制電路圖3是時鐘脈沖信號 CP 的控制電路 ,控制 CP 的放行與停止。當定時時間未到時，74LS192的借位輸出信號BO2=1時，則CLK信號受“暫停/繼續”開關S2的控制，當S2處于“暫停”位置時，門U10A輸出0，門U7A關閉，封鎖CLK信號，計數器暫停計數；當S2處于“連續”位置時，門U10A輸出1，門U2A打開，放行CLK信號，計數器在CLK作用下，繼續累計計數。當定時時間到時，BO2=0，門U7A關閉，封鎖CLK信號，計數器保持零狀態不變。

8、從而實現了當暫停/連續開關處于暫停狀態時，控制電路封鎖計數脈沖，計數器停止計數，顯示原來的數，而且保持不變；當暫停/連續開關處于連續狀態時，計數器正常計數，的功能要求。注意，BO2是脈沖信號，只有在CPD保持為低電平才能保持不變。(3) 秒脈沖信號產生模塊電路NE555秒脈沖發生器由555集成定時器構成，其引腳圖如圖4所示。NE555秒脈沖發生器的周期與其充電的時間有關，充電時間由圖11中的電容C1、電阻R1和R2所決定周期的計算公式為：T=Ln2(R1+2R2)×C1。本實驗需要的周期是1s，計算出較為穩定的電阻電容值為：R1=15k,R2=68k, C1=10F,C2=10nF。

9、計算得T=1s。 圖4秒脈沖發生電路(4) 顯示模塊電路顯示模塊用來顯示計時模塊輸出的即時計時和中途計時結果。是由七段數碼管構成，計時模塊輸出計時信號通過譯碼器譯碼由數碼管顯示出來。如圖5所示。 圖5顯示譯碼電路(5) 光報警模塊當計數器遞減計數到零 ( 即定時時間到 ) 時 , 控制電路應發出報警信號 , 使計數器保持零狀態不變 , 同時報警電路工作。如圖6所示。 當計數到零時,兩計數器借位端輸出多為低（0）,故本設計將高位片借位反饋到二極管負極性端,此時+5V電源經1k電阻使發光二極管發出光電報警信號,完成報警功能,而在遞減計數時,端輸出為高（1）,二極管不報警。 +5V 600 BO2

10、圖6發光報警電路四、 性能的測試(1) 秒脈沖信號發生電路的仿真將秒信號發生器接到示波器上，如圖6所示。觀察輸出波形，如圖7所示。 圖6秒脈沖信號發生器仿真圖7 秒脈沖信號的波形圖(2) 30秒置數仿真測試 啟動S1（低電平）成置數功能 , LD置為低電平出現30秒字樣 ; 斷開S1（高電平），LD置為高電平，計數器開始進行遞減計數，如圖8所示。 圖8 30秒置數仿真測試(3) 暫停/繼續仿真測試 當暫停/繼續開關S2處于暫停位置（低電平）時，控制電路封鎖計數脈沖，計數器停止計數，顯示原來的數，而且保持不變，如圖9所示；當暫停/繼續開關S2處于連續位置（高電平）時，計數器正常計數如圖10所示

11、圖9暫停仿真測試 圖10連續仿真測試(4) 報警電路的仿真當計數器計到狀態“00”時，高位片的借位輸出端BO產生低電平借位脈沖信號，由此導通發光二極管產生光報警信號。圖11報警電路的仿真五、 結論根據實驗結果，本設計方案基本完成了設計的要求，總的來說該方案是十分可行的，電路結構簡單，條理清晰，結果符合要求。但是由于產生的脈沖信號不易保持以及產生的秒脈沖信號不夠穩定和精確的原因還存在著報警時間過短和計數時間不夠精確的缺陷，可以通過用分頻電路來代替555信號發生器來產生穩定的秒脈沖計時信號，來進一步改善電路計時的準確性；對產生的借位脈沖信號時間過短的原因可以用展寬電路把脈沖擴展到足夠寬，使發光二極

12、管持續發光。六、 性價比 綜合各種因素來看，該方案所設計的電路比較經濟實惠。雖然由于該電路中的元氣件價格低廉但電路的總體性能比較穩定，效果很好，由此可見該方案的性價比還是很高的，若把該方案所設計的電路做成實物圖完全可以應用到籃球比賽中。七、 課設體會及合理化建議經過一段時間的查找資料和思考問題，最終把設計方案設計出來了。其中在查找資料的過程中收獲頗豐，在這個過程中使我學會了如何查找文獻資料并運用到自己的方案中去。經過一番深思熟慮后設計出比較實用的電路圖，然后用仿真軟件進行仿真。在仿真的過程中發現了一些問題，并通過自己的努力最終解決了出現的各種問題，在這解決問題的過程中使我學到了許多以前不太了解

13、的知識，同時也培養了思考問題的習慣，經過一番奮斗后，仿真的結果符合設計要求。在連接實物圖的過程中須得步步為營，若是一著不慎連錯了后果是很嚴重的，不好檢查線路，因此連線時須的小心再小心。經過最后的努力，終于把實物圖所產生的結果與仿真一致。最終，在自己的不懈努力和老師同學的幫助下我的課程設計終于完成了，課設中充滿了歡笑與淚水，為一小塊的成功而高興，為一時的困難而傷心，但整個過程是快樂的，因為我在過程中得到了鍛煉，動手動腦的能力得到了加強，學到了許多書本上學不到的知識，使我深刻體會了“一分耕耘一分收獲”的道理，總之我在課程設計中學到了許多真是一言難盡。在這里我謝謝老師和同學們的幫助，謝謝大家。參考文獻1. 劉修文主編.是用電子電路設計制作.【M】北京：中國電力出版社，20052. 朱定華主編.電子電路測試與實驗.【M】北京：清華大學出版社，20043. 路勇主編.電子電路實驗及仿真.【M】北京：北京交通大學出版社，2004附錄I 總電路圖附錄II 元