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篮球比赛计时器
电子技术课程设计
---篮球比赛计时器
学院:
电子信息工程学院
专业班级:
姓名:
学号:
指导老师:
闫晓梅
日期:
2014年12月17日
目录
一、设计任务与要求--------------------------------------------------3
二、总体框图--------------------------------------------------------3
三、器件选择--------------------------------------------------------3
1、所选器件------------------------------------------------------3
2、器件介绍-----------------------------------------------------4
(1)十进制可逆计数器74LS192----------------------------------4
(2)二输入四与非门74LS00-------------------------------------5
(3)六反相器74LS04-------------------------------------------5
(4)RS触发器-------------------------------------------------6
(5)七段数码显示器--------------------------------------------6
四、功能模块--------------------------------------------------------7
1、闪灯报警电路-------------------------------------------------8
2、暂停、自动停止计时电路--------------------------------------8
五、总体设计电路图-------------------------------------------------10
1、电路说明----------------------------------------------------10
2、电路仿真----------------------------------------------------11
3、实验总体电路------------------------------------------------11
六、课程设计心得体会-----------------------------------------------18
七、参考文献-------------------------------------------------------18
篮球比赛计时器
一、设计任务与要求
1.篮球比赛全场为48分,其分为4节,每节12分钟,要求开机自动置节计数器为第“1”节,节计时器为“12分00秒”。
2.用数字显示篮球比赛当时节数及每节时间的倒计时,计时器由分、秒计时器完成,秒计时器为模60,分计时器应能记满12分。
3.能随时间按钮开关控制比赛的启动/停止,启动后开始比赛,停止期间不计时,重新启动后继续计时。
4.每节比赛时间结束时,能以闪灯自动提示并暂停计时,同时节数自加1。
5.秒信号不必考虑时间精度,可利用试验仪上所提供的连续脉冲(方波)。
二、总体框图
设计的核心部分是要设计一个十二进制的分倒计时、一个六十进制的秒倒计时及一个四进制的节计数器,并且对计数结果进行实时的显示,同时要实现设计任务中提到的各种控制要求。
设计方案如下框图所示,系统分别实现12进制、60进制递减计数器,4进制加法计数器,同时实现了置数、启动计数、清零、暂停/连续、显示、闪灯报警等控制。
图二-1设计电路总体框图
三、器件选择
1、所选器件:
(1)74LS00二输入四与非门
(2)74LS192同步十进制可逆计数器
(3)74LS04反相器
(4)RS触发器
(5)单刀双掷开关
(6)七段数码显示器
(7)电阻
2、器件介绍
(1)十进制可逆计数器74LS192
74LS192是同步十进制可逆计数器,其引脚排列及逻辑符号如下所示:
(a)引脚排列 (b)逻辑符号
图三-174LS192的引脚排列及逻辑符号
图中:
为置数端,为加计数端,为减计数端,为非同步进位输出端,为非同步借位输出端,P0、P1、P2、P3为计数器输入端,为清除端,Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
其功能表如下:
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
C
b
a
0
1
1
×
×
×
×
加发计数
0
1
1
×
×
×
×
减发计数
图三-274LS192的功能表
使用方法为:
当清零端接高电平时,无论其他端口如何,输出端都显示为0.清零端低电平失效后,置数端接低电平时,输入与输出端保持一致,置数端节高电平时,如果接加法计数端则进行加法计数,反之为减法计数。
(2)二输入四与非门74LS00
74LS00是四2输入与非门,其逻辑符号,逻辑功能表,内部原理图分别如下:
图三-374LS00的逻辑功能表图三-474LS00的内部结构
图三-5与非门逻辑符号图三-674L00管脚图
(3)六反相器74LS04
74LS04为六反相器,他的输入是、为A,输出为Y,6个相互独立反相。
电压5V,电压范围在4.75~5.25V内可以正常工作。
门数6,每门输入输出均为TTL电平(<0.8V低电平 >2v高电平),低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流8mA。
其逻辑符号、逻辑功能表、内部结构、管脚图分别如下:
图三-774LS04的逻辑符号图三-874LS04功能表
图三—974LS04的管脚图
(4)RS触发器
以下分别为RS触发器的电路结构、逻辑符号和真值表。
图三-10RS触发器的电路结构图三-11RS触发器的逻辑符号
图三-12RS触发器的真值表
(5)
七段数码显示器
LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。
它采用低电压扫描驱动,具有:
耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。
目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体,已成为城市信息现代化建设的标志。
其真值表如下表所示:
表5七段数码显示器真值表
四、功能模块
1、闪灯报警电路
此电路由发光二极管作为核心,当电路的分、秒计数状态分别为“00分00秒”时,系统的输出信号使闪灯报警电路处于连续的报警状态,报警表示一节比赛结束。
下图所示为闪灯报警电路的验证电路,当电路的左部分输出为0时,闪灯电路将处于连续的报警状态,设计电路如下图七所示。
电路工作原理为:
74LS192计数器输入端默认置数为1001(9),加法计数端、置数端接高电平失效,清零端接低电平失效,输出端QA、QB、QC、QD与数码管1、2、3、4端相接,减法计数端接入脉冲信号,接位输出端与反相器连接,之后与三极管P端相连,脉冲信号输入减法计数端,74LS192开始由9向0减法计数,当输出为0时,计数器接位输出,于是接位输出端输出低电平信号,经过反相器变为高电平信号,输入三极管,使三极管正向导通,发光二极管开始发光。
(a)正常工作状态,报警灯熄灭,显示器倒数计时
(b)倒计时到0时,报警状态,报警灯点亮
图四-1闪灯报警电路
2、暂停、自动停止计时电路
这部分电路主要由RS触发器组成,当分计时器的十位产生进位脉冲,同时单刀双掷开关置于暂停端时,系统暂停脉冲的输入;单刀双掷开关置于连续端时,系统脉冲连续输入。
设计电路对系统电路进行验证如下图八所示。
电路工作原理为:
单刀双制开关,单刀端接地,双制开关一端RS触发器R端,一端接S端,74LS192计数器A、B、C、D输入端置数1001(9),输出端
开关J2起置数的作用,此时处于正常工作状态
QA、QB、QC、QD分别与数码管1、2、3、4端相连,显示输出。
将置数端与接位输出端相连,加法计数端接高电平,令其失效,清零端接地,低电平失效。
脉冲信号输入到三输入一输出与非门的一输入端。
RS触发器Q端接入三输入一输出与非门的另一输入端,最后将剩下的一个输入端接入高电平,并在之间接入一个发光二极管和一个保护电阻,用于指示和保护电路。
当开关接R端时,S端为高电平1,R端为低电平0,Q端输出为高电平1,此时三输入一输出与非门除脉冲信号外2输入均为高电平1,所以与非门输出由脉冲信号确定,所以此时计数器正常计数,当开关指向R端时,R端为低电平0,S端为高电平1,此时Q端输出为低电平1,所以三输入一输出与非门输出强制为低电平0,经过反相器反相后为高电平1,接入74LS192减法计数端,减法计数端失效,计数器暂停。
开关J1处于连续状态,系统连续计时,当计时到0时自动停止计时,同时报警系统开启
图四-2(a)暂停、自动停止计时电路
开关J1打到暂停状态,暂停计时
图四-2(b)暂停、自动停止计时电路
五、总体设计电路图
1、电路说明
设计的总体电路由计数电路、译码显示电路、置数/停止电路、闪灯报警电路和暂停/停止功能电路五部分组成。
电路的脉冲由Multisim基本的脉冲元件经暂停/停止电路模块输出,其模值在电脑仿真过程中根据实际的需要可以规定仿真速度。
计数电路部分60进制秒计数器的个位BO端输出的借位脉冲反馈于自身的置数端,并作为十位部分的脉冲信号,即当个位为0时,十位自减1,个位进入下一轮计数循环。
当秒计数部分个位和十位同时为0时,12进制分计数器进入减法状态。
分计数器的个位初值为2,当个位为0时,个位BO端输出借位脉冲作为分计数器十位上的脉冲。
当分计数部分和秒计数部分同时为0时,节数计数部分进入计数。
节计数部分的处置为1,为4进制循环。
当分计数部分和秒计数部分同时为0,节计数部分产生进位时,显示部分的分计数与秒计数各个输出分别经过或非后,输出部分再经过相与后,经D触发器停止工作,电路的分、秒计数状态分别为“00分00秒”。
当电路的分、秒计数状态分别为“00分00秒”时,系统的输出信号使闪灯报警电路处于连续的报警状态,报警表示一节比赛结束。
当电路处于连续的工作状态时,系统可以由暂停/连续电路进行控制它的状态。
2、电路仿真
按照实验要求及任务在软件multisim上设计电路,并利用软件进行仿真。
打开电源,将J3按钮至于置数端时,电路显示为“1节12分00秒”,将J3按钮置于非置数端时,电路进入倒计时状态;将J2按钮置于暂停端时,系统处于暂停状态,将J2按钮置于连续端时,系统继续进入倒计时状态。
当分和秒进入“00分00秒”的状态时,系统节数自加1,同时系统的闪灯报警。
3、试验总体电路
(1)此电路共有三个开关
J3为总开关,当其打向开机时自动置数为12分00秒,第1节,打向“开始”时计时器开始倒计时
J1为开赛以后,每一节开始比赛时的开启开关,其作用是将时间数置为12分00秒,打向“置数”时,时间数码管置为12分00秒,打向“开始”时,倒计时开始计数
J2为暂停开关,开关合向左方为暂停状态,右方为连续状态
(2)共有5个数码显示管,从左到右分别是分钟、秒钟、节数显示
(3)一个报警灯,每节结束时亮起
开关J3处于置数位置,此时为开机状态,自动置数为12分00秒,第一节
开关J3打向“开始”端,开始比赛倒计时,此为正常工作状态
J2开关打向暂停端,计数暂停
第一节比赛结束,计时自动暂停,报警系统工作,报警灯亮起,节数自动加一
开关J1打向置数端,计时数码管置为12分00秒,报警灯熄灭,等待计时开始
开关J1打向“开始”端,第二节比赛开始计时,依此循环
六、硬件验证
1、硬件连接及实验过程
(1)列写试验所用的芯片及仪器清单,跟老师领取芯片及仪器。
(2)按照设计电路进行硬件连接。
(3)验证电路。
2、验证结果
硬件部分比较顺利,由于在设计阶段就本着“以最简单最可靠的设计完成最多的动作要求”的原则,使得我的整个设计很简洁,硬件部分也率先完成了连接,得益于设计的简洁,部件的故障和接线的错误率大大降低,最终成为第一个成功印证理论的设计。
七、课程设计心得体会
将近两周的课程设计终于快要结束了,忙碌的设计中虽然有点疲惫,但是心里还是为能学到此多的知识感到非常高兴的。
在这两周课程报告设计的过程中,不仅对自己前一阵子自己学习成果的肯定,同时也发现了自己对专业知识的某些方面掌握不足,也对这学期所学的课程《数字电子技术基础》进一步了解和掌握,熟悉了实验中有关芯片的引脚、功能及其在电路设计中的相关应用。
虽然还不能轻松的完全按照要求完成所分配的课题,但是在和同组同学的协作及指导老师的帮助下,终于能按时完成课题。
通过此次设计,我学到别看生活中计时器、秒表很简单,可是等自己动手做时,就手忙脚乱,不知该从那里下手,看似简单的东西,其实蕴含了很多知识。
这次课程设计最大的收获就是一切设计都要遵守简洁的原则,花最小的材料办最大的事情,不仅使设计成本降低,而且还能使整个工程的出错率大大降低,但是从简入繁容易,从繁入简难,本次课程设计是我在完全吃透了之前别人的设计成果后,一步一步慢慢重新设计,并极力将其简化到最简洁的程度,最终获得了成功。
八、参考文献
1.《电子技术实验与课程设计》毕满清
2.《数字电子技术基础》阎石
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- 关 键 词:
- 篮球比赛 计时器