篮球竞赛30秒定时计数器.doc

西安航空职业技术学院 毕业设计论文西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 篮球竞赛30秒定时计数器 所属系部： 电子工程系 专 业： 应用电子技术西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书 题目：篮球竞赛30秒定时计数器任务与要求： 1、设计一个30秒计时电路，并具有时间显示的功能。2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零，启动和暂停/连续计时。3、要求计时电路递减计时，每隔一秒钟，计时器减一。4、当计时器递减计时到零（即定时时间到）时，显示器上显示00。同时发出光电报警信号时间： 2009 年12 月22 日 至 2009 年 3 月 20 日 共 13 周所属系部：电子工程系学生姓名： 学 号：06201115专业： 应用电子技术指导单位或教研室： 指导教师： 职 称： 西安航空职业技术学院制篮球竞赛30秒定时计数器摘要本论文主要阐述了脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30秒计时器。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光电报警功能，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，会发出光电报警信号。本论文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。 此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。关键字 计时器 ； 光电报警 ； 模块化Abstract:This thesis focused on the pulse of the simple digital circuit applications, the design of the basketball contest 30 seconds timer. This timer functions, can be directly cleared, start, pause, and a row and a photoelectric alarm function, simultaneously applied to Seven-Segment LED Display Time. This timer has started, suspended and continuous function, can easily achieve breakpoint timing function, when the timer reduced to zero, will issue a photoelectric alarm signal. Dissertation completed in the middle of this time function, achieve a lot of specific occasions in the time tracking functions, in social life also has extensive application value. This timer design modular structure, primarily by the following three components, namely, timing modules, control modules, as well as the decoding module. In the design of this timer, the use of modular design idea, so the design is more simple, convenient, fast. This circuit is a clock generator, triggered the countdown counting, decoding shows that the main function at this structure on the basis of the structure the main circuit and auxiliary circuit in two parts.Key words: Timer Photoelectric Alarm Modular 目录前 言51 设计概述611 电路原理及功能612 设计方案62 芯片介绍62.1 74LS192引脚图及功能表62.2 74LS48简介82.3 74ls15管脚图92.4 74ls297简介92.5 555定时器103 各部分电路功能1231 电路原理设计框图123.2直流电源1233 脉冲触发器123.4 计数器143. 5显示译码电路153.6 辅助时序控制电路163.7报警电路18总原理图1942041安装和调试2042工艺流程2143元件清单2144 PCB图2245 元器件封装表22结 束 语23谢 辞24 前 言 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。 在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就犯规了。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30秒限制。一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。 本论文主要能完成：显示30秒倒计时功能；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；在直接清零时，数码管显示器灭灯；计时器为30秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。 1 设计概述11 电路原理及功能 电路应包括秒脉冲发生器、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。 秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时，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。12 设计方案 分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。 （1）操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。（2）当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“30”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停（3）当“暂停/连续”开关处于“暂停”是，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数（4）当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。2 芯片介绍2.1 74LS192引脚图及功能表74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图1所示： CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。图1 74LS192的引脚排列及逻辑符号 （a）引脚排列 (b) 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MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011 加计数011 减计数表1 74LS192的功能表2.2 74LS48简介 74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。H表示高电平，L表示低电平。74ls48引脚功能表七段译码驱动器功能表十进数或功能输入BI/RBO输出备注/TD LTRBID C B A abcdefg0HH0 0 0 0H111111011Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIXxx x x xL00000002RBIHL0 0 0 0L00000003LTLxx x x xH111111142.3 74ls15管脚图 开路输出3输入端三与门 图22.4 74ls297简介 图3 74LS279管脚图四个锁存器中有两个具有置位端（SA，SB）。 当S为低电平、R为高电平时，输出端（Q）为高电平。当S为高电平、R为低电平时,Q为低电平。 当S和R均为高电平时，Q被锁在已建立的电平。当S和R均为低电平时，Q为稳定的高电平状态。 对SA和SB，S的低电平表示只要有一个为低电平，S的高电平表示SA和SB均为高电平。2.5 555定时器（1）施密特电路由555定时器构成的施密特触发电路如图所示。在输入端加入正弦波（或三角波），用示波器的两个通道同时观察输入和输出的波形。此时示波器的输入必须使用直流耦合方式。测量两个触发电平，并计算回差电压。此时若输出无波形，请检查输入信号的幅度，幅度必须大于（为什么？请在报告中说明）。用示波器观察555定时器7脚的电压波形，与输出波形比较。（2） 压控振荡电路将图4中555定时器的5脚接一可调电压源，可用你所用稳压电源的另一路来提供，分别测出控制电压为1.5V、3V、4.5V时的振荡频率、占空比，并与理论值比较。 图4工作原理（初态时： VC =0 V0 =1） （1） VCC 经R1、R2 对C充电，充电使VC 上升 当 VC =2/3VCC时, V0 =0 进入暂稳态1 （2）此时：T管导通， C经R2 到T管放电，放电使VC 下降， 当 VC =1/3VCC时， V0 =1 进入暂稳态2 此时, VCC 经R1、R2 重新对C充电,回到（1）计算脉冲周期和占空比 计算脉冲周期T = t1（充电）+ t2（放电）21212121122ln)2(2ln)(RRRRCRRCRRTtq+=+=占空比q。3 各部分电路功能 31 电路原理设计框图秒脉冲发生器控制电路显示译码电路报警电路计数器CLKkK1K2 图53.2直流电源三端稳压器的输出电压是固定的，二端固定式集成稳压器有输入、输出和公共端3个端子，输出电压固定不变，通用的产品有7800(正电压输出)和7900(负电压输出)系列。型号的后两位数字表示稳压器的输出电压的数值，例如W7805，表示输出电压为5V。图6 33 脉冲触发器脉冲触发器可采用多谐振荡器直接振荡出1秒的脉冲多谐振荡器采用555定时器组成很容易实现频率为1H z 的 振荡信号。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟和定时脉冲标准，由555集成电路构成多谐振荡器。当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。R2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。 多谐振荡器输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：tw1 ： uC (0) = VCC /3 V、uC () =VCC、 t1=(Ra+ Rb)C、当t= tw1时，uC (tw1) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出tw1=0.7(Ra+ Rb)C tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC ()=0V、 t1= RBC、当t= tw2时，uC (tw2)=VCC /3代入公式。于是可解出tw2=0.7RbC振荡周期T = tw1+tw2=0.7 ( Ra + 2Rb) C =1.0577(s)图7 改变R，C的值可改变冲放电时间，也就是改变电路的振荡频率。3.4 计数器完成30秒计时的功能CPUCPD分别是加计数，减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效） 是异步并行数控制端（低电平有效）。,分别是进位借位输出端（低电平有效），CR是异步清除端，D3-D0是并行数据输入端，Q3-Q0是输出端。CPU CPD LD CR 操作X X 0 0 置数 1 1 0 加计数1 1 0 减计数X X X 1 清零 VCCD0CRD2D3=16198D1Q1Q0CP0CPUQ2Q3GND 图8则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减数到0时， 端发出借位下跳脉冲。例如由74LS192构成的三十进制递减计数器，其预置数为N=(00110000)8421BCD=(30)10它的计数原理是：只是当低位端发出借位脉冲时，高位计数器才能减数。当高低位计数器处于全零，且CPD为0，置数端=0计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环计数。3. 5显示译码电路计数器采用的码制不同，译码电路也不同。在这个电路中，译码电路可用74LS48和共阴极7段LED显示组成。74LD48驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的7段译码驱动器。74LS48配有灯测试LT，动态灭灯输入RBI，灭等输入|动态灭灯输出BIRBO，74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线|脉冲时钟脉冲加到CPU端，则计数器在预置数的基础上完成计数功能当加计数到9时借位下跳脉冲74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线| ，。端为测试端。在|端接高电平条件下，当=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，ag输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。端为灭零输入端。在=1，条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出ag全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。但当输入A、B、C、D不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。端为消隐输入端。该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端ag均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。另外，该端还有第二功能灭零信号输出端，记为。当该位输入的A、B、C、D=0000且时，此时输出低电平；若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。若将和|配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。例如对整数部分，将最高位的接地，这样当最高位为零时“灭零”，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零”功能；而对于小数部分, 应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低位的接至高位的。74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需外接限流电阻。此处要是保持数码管不黑屏就将BI/RB0，RBI置1就可以了，LT是检查数码管的好坏的。3.6 辅助时序控制电路 为了保证系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号的时序关系。控制电路要完成以下功能：1、 操作“清零”开关，要求计数器清零. 2闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。3、当“暂停/连续”开关处于“暂停”是，控制电路封锁时钟脉冲信号CP计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数. 4、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。图A为指数控制电路，接74LS192的预置数控制端，当开关S1闭合时，=074LS192进行置数，当S1断开时，=174LS192处于计数状态，从而实现递减功能。图B图B是时钟脉冲CP的控制电路，控制CP的放行与禁止。当定时时间未到时，74LS192的借位输出信号2=1，则CP信号受“暂停/连续”开关S2的控制，当S2处于暂停位置时，门G3输出0，门G2关闭，封锁CP信号，计数器暂停计数；当S2处于连续位置时，门G3输出1，门G2打开，放行CP信号，计数器保持零状太不变，从而实现了功能3，4的要求。3.7报警电路用发光二极管组成当心片二输出为地点品是发光二极管工作 ，发出报警。 1HZ 总原理图4 41安装和调试 调试是指利用各种电子测量仪器，本电路采用万用表，频率仪等，对安装好的电路或电子装置进行调整或测量，以保证电路或装置正常工作。同时，判别其性能的好坏，各项指标是否符合要求等.安装前检查各个元气件是否能用，减少后面的工作量。安装好以后检查线路是否正确，有没有连接错误的。 接上5V电压后用电压表测量电压是否符合标准。闭合启动开关检测计数器是否为30，观察七段码显示器的变化。再次闭合启动开关另外看时间是否为30秒。若不是30秒检查脉冲是否为1HZ；检查电阻和电容安装是否正确。 闭合连续/暂停开关是否能完成此功能，若不能检查U5B,U7B是否能正常运行。改变R，C的直用频率计测量频率是否改变。如图6接好电源用万用表直流挡测电压，电路连接如上图。元件焊接装配工艺 （1）所有元件均采用立式安装，高度距离印制版为2mm。（2）标称值应处于便于识读的位置，参数值应正确。（3）焊接按平常焊接要求为准。焊接步骤：（1）准备焊接。右手拿电烙铁，左手拿焊锡丝，将烙铁头和焊锡丝靠近被焊点，处于随时焊接的状态。（2）放上电烙铁和焊锡丝。同时放上电烙铁和焊锡丝，熔化适量的焊锡。（3）撤丝，移烙铁。当焊锡的扩展范围达到要求后，拿开焊锡丝和电烙铁。这时注意拿开焊锡丝的时间不得迟于电烙铁的撤离时间。 焊接集成电路时电烙铁最好选用20W内热式的，并注意良好接地。若不使用插座，焊接顺序是：地端-输出端-电源端-输入端。 一般每脚不要超过2s。 42工艺流程导线制作准备加工制 作布线接线总装装配准备工艺图样工具夹元件分类机座面板装配准备安装印制板装入 布线接线总装43元件清单 名称标称数量电阻10K4电阻1K1电阻15K1电阻68K 1集成块74LS1922集成块74LS482集成块74LS2971电 容10F1电 容0.1F2发光二极管1共阴极七段LED显示器2双刀开关S2，S332二极管硅桥1N40071电容0.33UF1三端集成稳压器78051单刀开关S11555定时器NE555144 PCB图45 元器件封装表元件名称元件标号元件标注元件封装形式TRANS1TF1TRANS1TRANS1BRIDGE1D1BRIDGE1BRIDGE1CAPC20.1UFRAD0.1CAPC110UFRAD0.1ELECTR0.1C30.33UFRAD0.1ELECTR0.1C40.1UFRAD0.1VOLTREGU778L05TO-220RES2R1，R2，R4，R710KAXIALRES2R3，R5，R61K，15K，68KAXIAL555U6555DIP-8LEDLEDLEDDIODE0.474LS15U7A，U7B74LS15DIP-1274LS48U1，U274LS48DIP-1674LS192U3，U474LS192DIP-1674LS279U5B74LS279DIP-16SW STS1SW STSIP2SW SPDTS2，S3SW SPDTSIP3结 束 语通过这次毕业设计，学到了很多东西，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。在设计过程中，我遇到过许多次失败的考验，就比如，自己对实际生活中的交通秩序的不了解给整个设计带来的困扰，真想要就此罢休，然而，就在想要放弃的那一刻，我明白了，原来结果并不那么重要，我们更应该注重的是这一整个过程。于是，我坚持了下来。希望为今后的工作和学习奠定基础谢 辞在整个毕业设计中，我得到了指导老师颉晓明老师的热心指导和帮助，经过一个月的查资料、整理材料、做实验，今天终于可以顺利的完成论文了，自己想想求学期间的点滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝，三年多的努力与付出，随着论文的完成，终于让我在大学的生活，得以划下了完美的句点。论文得以完成，要感谢的人实在太多了，首先要感谢我的指导老师颉小明，因为论文是在颉老师的悉心指导下完成的。本论文从选题到完成，每一步都是在颉老师的指导下完成的，倾注了颉老师大量的心血。颉老师指引我的论文的写作的方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，他一丝不苟的作风，将一直是我学习中的榜样。颉老师要指导很多同学的论文，加上本来就有的教学任务，工作量之大可想而知，但在一次次的回稿中，精确到每一个字的批改给了我深刻的印象，使我在论文之外明白了做学问所应有的态度，使我们克服了在论文写作过程中的困难。在此，谨向颉老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！谢谢颉老师在我撰写论文的过程中给与我的极大地帮助。论文的顺利完成，离不开其它各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在此谢谢辅导我实验的老师及同学，在整个的论文写作中，各位老师、同学和朋友积极的帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，论文得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整个论文。另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成的基础。感谢所有给我帮助的老师和同学，谢谢你们！参考文献 1 ：胡锦 蔡谷明 梁先宇.单片机技术实用教程.北京：高等教育出版社，2006.31-192页2 ：孙津平.数字电子技术.陕西：西安电子科技大学，2002.4.1-169页3 ：雷丽文 等.微机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社，1997.24 ：孙津平.模拟电子技术.陕西：西安电子科技大学，2002.4.1-170页西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论文）审 查 意 见 书指导教师对学生 所完成的题目为 的毕业设计（论文）进行情况、完成质量的审查意见： 成绩： 指导教师： 年 月 日西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论文）评 阅 意 见 书评阅人对学生 所完成的题目为 的毕业设计（论文）评阅意见为： 成绩： 评阅人： 年 月 日西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论文）答 辩 结 果毕业设计（论文）答辩委员会对学生 所完成的题目为 的毕业设计（论文）及答辩评语为： 经答辩委员会研究，确定成绩为： 毕业设计（论文）答辩委员会主任：