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篮球竞赛30s计时器

发布时间：2016-03-08 22:11:23 来源：文档文库

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沈阳航空航天大学

课程设计

（说明书）

篮球竞赛30秒计时器设计

班级机电1303

学号 2013040604110

学生姓名曾闯

指导教师孙琦

一、概述

随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥越来越重要的作用，运用模电和数电知识设计电子产品成为社会生活不可缺少的部分。就计时器来说，成为检验运动员成绩的一种重要工具。

电子课程设计是电子技术学习中一个重要的环节，可以真正的锻炼学生的能力。在许多领域中计时器得到了普遍应用，如体育比赛，定时报警器，游戏中的倒时器，交通信号灯，红绿灯，行人灯等，说明了计时器的重要性。篮球竞赛中规定了球员持球的时间不能超过30s，否则就为犯规，本课程设计的正是“篮球竞赛30s计时器”，可用于篮球比赛中，对球员持球时间做30s限制，一旦球员持球时间超过30s，它自动报警从而判断球员犯规。

本次课设要求完成一个用于篮球竞赛的30秒计时器。

设计要求

①篮球竞赛30秒计时器的直流稳压电源要求自己设计。

②在选择器件时，应考虑成本，要求采用LED灯显示。

③根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。

④画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

二、方案设计

该电路包括脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路、报警电路、直流稳压电源6个部分组成。计数器和控制电路是主要部分。计数器完成30s计时功能，控制电路完成启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示和灭灯等功能。总体设计框图如下：

在篮球比赛过程中经常需要计时操作，设计一个用于篮球竞赛的30秒计时器。其原理如图1所示。

图1 篮球竞赛30秒计时器原理框图

能完成的功能：①显示30s倒计时功能；②系统外部设置操作开关，控制计时器直接清零、启动和连续/暂停功能；③在清零时数码管显示“00”；④计时器间隔时间为1s，完成30s递减计时；⑤计时器递减到零时，数码管不灭灯，同时发出光电报警信号；⑥启动前数码管显示“30”等。

此计时器采用模块化结构，主要由以下3个组成：计时模块、控制模块、译码显示模块。

三、电路设计

1、直流稳压电源电路

直流稳压电路由电压变压器、整流滤波电路及稳压电路组成，电压变压器的作用是将电网220的交流电压变成整流电路所需要的交流电压，通常为降压变压器。整流电路是将输入的交流电压变换为单向脉动电压和电流，这是还需在整流电路的输出端接入滤波电路滤除交流分量，使输出为平滑的直流电压。稳压电路的作用是将滤波电路输出的电压经稳压后，输出较稳定的电压。

交流电源220V，选用变压器匝数比为30:1，经过变压后输出电压为7.33V,再通过桥式整流电路整流，又经过极性滤波电容滤波，到达三端集成稳压器，选用三端集成稳压器型号LM7805，最终可输出稳定直流电压5V。电容容量选470μF。

直流稳压电源结构框图2所示，直流稳压电源原理图如图3所示。

交流输入直流输出

图2 直流稳压电源结构框图

图3 直流稳压电源原理图

2、多谐振荡器产生秒脉冲信号电路

选用555定时器构成多谐振荡器, 其引脚功能如下：1地GND，2触发，3输出，4复位，5控制电压，6门限(阈值），7放电，8电源电压Vcc。其引脚图如图4所示：

图4 LM555引脚图

LM555秒脉冲发生器的振荡周期T=tw1+tw2=0.7（R1+2R2）C，振荡频率f=1/T=1/﹝0.7（R1+2R2）C﹞≈1.43/﹝(R1+R2)C﹞。本实验需要的周期是1s，计算出较为稳定的电阻电容值为：R1=47kΩ,R2=48kΩ, C1=100nF ,C2=10μF。LM555秒脉冲发生器由555集成定时器构成，555定时器功能表如表1所示，脉冲信号产生电路原理图如图5所示。

表1 555定时器功能表

图5 脉冲信号产生电路图

3、三十进制计数器

本实验中计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制同步加法/减法计数器，它采用8421BCD码二-十进制编码，其功能表如表2所示。

表2 74LS192功能表

方案中采用十进制双时钟加减可逆计数器74LS192芯片实现减计数功能，其逻辑符号如图6，图中：LOAD为置数端，UP为加计数端，DOWN为减计数端，CO为非同步进位输出端，BO为非同步借位输出端，A、B、C、D为计数器输入端，CLR为清除端，QA、QB、QC、QD为数据输出端。

图6 74LS192逻辑符号图

用两片74LS192芯片串联可作为三十进制计数器，第一片芯片的脉冲输入端由第二片芯片借位输出控制，第二片芯片脉冲输入端直接由555定时器构成的多谐振荡电路产生的脉冲信号控制。第一片芯片同步置数输入端为0101，第二片芯片同步置数端输入为0000。当A接入低电位且B也接入低电位，两对应的数码管输出为“30”；当A断开，LOAD接入高电位，计数器开始计数，直到数码管出现“00”，完成计数。即完成三十进制计数。

结合电路（见附录I）可看出,当B接5V时，CR为高电平，计时器清零；当B接地时，CR为低电平、LD为低电平时，D0-D3端输入的数据d0-d3被置入计数器，Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0。当CR为低电平，LD为高电平时，如果CPD为高电平，由CPU端输入计数脉冲，进行加计数。如果CPU为高电平，由CPD端输入计数脉冲，则进行减计数。如果CPU和CPD端都为高电平，计数器保持状态不变。当B接地时（即CR=0），同时启动开关A闭合时，两片74LS192的LD=0,计数器置30秒.当A断开时，LD=1，计时器工作，CPD端输入秒脉冲时进行减数。当计时器计时到0时，BO1和BO2同时输出低电平0。

三十进制计数器电路图如图7所示。

图7 三十进制计数器电路图

4、译码显示电路

显示报警时，应用组合电路及发光二极管来实现该功能，选用74LS48来驱动共阴极七线数码管，74LS48逻辑符号如图8所示。

图8 74LS48逻辑符号图

图中： A、B、C、D为输入端， OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG为输出端,接入数码管显示。当LT、RBI、BI/RBO都接高电位时，芯片能够正常工作。

其功能表如表3所示。

表3 74LS48功能表

译码器将各级十进制计数器的计数结果进行二-十进制译码，并用74LS48芯片驱动数码管用十进制符号显示出来。译码显示电路如图9所示。

图9 译码显示电路

5、控制电路

A是启动开关，B是清零开关。当B打向右端，A闭合时，数码管显示“30”。当A断开时，LODA接入高电位，计数器进行减计数。当B打向左端时，数码管清零，此时显示“00”。

C是暂停和连续开关，C打向左端时暂停，C打向右端时连续。

计数器完成30秒倒计时或清零后，BO为低电平，二极管发光，计数器不

再进行计数，并显示“00”。

图10 启动、清零

图11 暂停/连续

6、报警电路

当计数器递减计数到零 ( 即定时时间到 )或直接清零时 ,显示器显示“00”，计数器保持零状态不变 ,BO输出为低电平，此时+5V电源经10Ω电阻使发光二极管导通并发出红光电报警信号,完成报警功能。报警电路如图12所示。

图12 报警电路

四、性能测试

1、直流稳压电源电路

直流稳压电路如图如图13所示。

图13 直流稳压电源

万用表的数据显示为5.001V，即所设计的直流稳压电源的输出电压为5.001V，非常接近5V,所以可认为此直流稳压电源合格。万用表读数如图14所示。

图14 万用表读数图

2、多谐振荡器产生脉冲信号电路

555定时器构成的多谐振荡器如图15所示。

图15 多谐振荡器原理图

将示波器连接到多谐振荡器产生的脉冲信号上，进行仿真，示波器上所观察的波形如图16所示。

图16 示波器输出波形图

示波器所显示波形的周期为1.006s，即所设计的信号发生器的输出信号周期为1.006s，其信号频率非常接近1Hz，所以此信号发生器合格。

3.整体电路测试

（1）预置30秒

对电路进行仿真，将A闭合（接地端），B打向右端（接地端），C打向右端。此时LD为低电平，显示器显示“30”，置数仿真结果如图17所示。

图17 置数仿真结果图

从显示器显示“30”可以得知，整个电路可圆满完成置数功能。

（2）暂停/连续功能

C为暂停/连续开关。当置数30秒完成后，A断开，计时器开始计时。计时开始后，C打向右端时，U12A输出高电平，控制门U5A打开，秒脉冲信号可以通过控制门U4使计数器进行减数，实现连续功能；开关C打向左端时，U12A输出低电平，U5A门关闭，秒脉冲信号被封锁，计数器处于锁存状态，实现暂停功能。C打向左端时暂停功能的仿真结果如图18所示，C打向右端时连续功能的仿真结果如图19所示。