篮球竞赛计时器.doc

电子技术课程设计报告

题目： 篮球竞赛24秒计时器

姓 名
学 号
班 级
指导教师

2012年 7 月4 日

要求：
1．指导教师按照课程设计大纲要求完成学生课程设计指导工作。
2．课程设计任务书由指导教师照大纲要求填写，内容要全面。
3．课程设计报告由参加本学生填写。课程设计结束时交指导教师。(打印稿一份，电子稿一份)
4．指导教师要根据每一位学生课程设计任务完成情况，认真审核设计报告，并在课程设计结束时，给出客观、准确的评语和成绩。
5．课程设计任务书和报告要语言流畅，图表正确规范。
6．本表要用钢笔、圆柱笔填写或打印，字迹工整。

课程设计任务书

班级 姓名 学号
课程设计题目 篮球竞赛24秒计时器
课程设计起止日期 2012年6月18日 至 2012年7月5日
实习地点

课程设计内容与要求
一：设计要求
用中小规模集成芯片设计并制作篮球竞赛24秒计时器，具体要求如下：
1．具有显示24秒倒计时功能：用两个数码管显示，其计时间隔为1秒
2.设置复位键，系统可随时返回初始状态，即进攻方计时器返回到24秒
3．设置启动和停止键，控制计时器的直接启动计数、停止计数功能
4.计时器递减计数到“00”时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号
5.用仿真软件对电路进行仿真
二．扩展
1.暂停/继续建，控制计时器的暂停/继续计数
2.外部操作开关采用消抖措施，以防机械振动造成电路工作不稳定

指导教师

2012年7月4日
一、设计原理与技术方法：
包括：电路工作原理分析与原理图、元器件选择与参数计算、电路调试方法与结果说明；
软件设计说明书与流程图、软件源程序代码、软件调试方法与运行结果说明。
1、 原理分析
该课程设计题目为篮球竞赛24秒计时器，所以需要标准秒脉冲，而用555来产生秒脉冲不稳定，所以采用32768HZ晶振片通过分频得到1HZ脉冲，而分频则可以通过芯片CD4060进行14级分频再通过芯片74LS160进行2级分频既可得到1HZ脉冲；还有减计数器，并且计数器要有指数和清零功能，所以采用芯片74LS192实现此功能；又因为该计时器需要将计时结果显示出来，所以要通过译码显示电路将此功能实现；该计时器需要用开关来控制电路各个功能的实现；当计时器计数到00时，电路要有报警功能，所以要有报警电路。
2、 设计思路

图1 原理框图
3、 实验所需元器件介绍
（1） CD4060

晶体振荡的一端从11脚入，另一端从10脚出
从3脚输出的就是2HZ的脉冲

图2 CD4060管脚图
课程设计报告
注：此表可加附页
（2）74LS160
管脚图介绍：
时钟CP和四个数据输入端P0~P3
清零/R
使能CEP,CET
置数PE
数据输出端及进位输出Q0~Q3、CET

图3 74LS160管脚图

（3）CD4511
注：本图芯片的引脚图与仿真软件的同芯片不同，与实际芯片相同，实际芯片的5脚为高电平有效，电路连接时应将其接地，而仿真电路中电路连接时应将此脚接高电
平 。
表1 CD4511功能表

图4 CD4511管脚图

管脚介绍：
LT'(3脚)：当BI'=1，LT'=0时，不论输入为什么，输出皆是1；
BI'(4脚)：消隐输入控制端，当BI'=0时，不论输入为什么，输出皆不显示；
LE(5脚)：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出；当LE=1时，译码器是锁定保
持状态，译码输出被保持在LE=0时的数值；
（4）74LS192
表2 74LS192功能

图5 74LS192管脚图

（5）74LS00 （6）74LS04

图5 74LS00管脚图 图6 74LS04管脚图
（7）数码管

介绍：该数码管的3脚和8脚内部结构就已连接，所以在数码管接地时只需将其一接地，减小电路连线的复杂程度

图8 数码管管脚图

4、 原理电路图

图9 原理电路图

5．标准秒脉冲发生电路

图10 秒脉冲发生电路图

秒脉冲发生电路由32768HZ石英晶体,10M电阻一个，220K电阻一个，两个20PF电容，CD4060和74LS160组成。该电路的原理是先将32768HZ通过4060进行14级分频，得到2HZ脉冲，再通过160进行分频，得到1HZ脉冲，即秒脉冲。
接法：从CD4060的11脚和10脚如上图接入晶振，电容和电阻，12脚接地，从3脚输出，且输出信号为2HZ脉冲，再将此信号接到160的2脚，从14脚的输出信号即为1HZ脉冲即标准秒脉冲。
电路在连接时一定要保证芯片的工作状态即4969和160的16脚和8脚分别接高电平和低电平，同时把160的1,7,9,10脚也要接到高电平，才能产生标准秒脉冲。

6. 计数及显示电路

图11 计数及显示电路图

标准秒脉冲脉冲从74192（低位片）的4脚（DOWN端）输入,ABCD四个输入端分别接入0100（低高低低电平），四个输出端QA,QB,QC,QD分别接到4511（低位片）的四个输入端DA,DB.DC.DD。74192（高位片）的四个输入端ABCD分别接入0010（低低高低电平），将此片的四个输出端QA,QB,QC,QD分别接到4511（高位片）的四个输入端DA,DB,DC,DD。
将74192（高和低位片）的11脚（LOAD'端）接入高电平，使其无效，即置数无效；同时把两片74192的14脚（CLR）接低电平，使其无效，即清零无效。
把74192（低位片）的13脚（BO'）接到74192（高位片）的4脚（DOWN）,因为只有当低位片为零状态时，再给其接入秒脉冲，则会向高位发出借位信号，从而
给74192（高位片）接入脉冲，高位开始进行减数计数。将每片4511的七个输出端分别接到对应数码管的七个输入端，并将其一一对应，并将每个数码管的3脚接地。
7. 报警电路：

图12 报警电路图

该计时器要求减数减到00时，报警灯亮，所以将74192（高位片）的借位端（BO）通过非门和电阻接到发光二极管上，且发光二级管的负端接地。当计数器减到零时，且继续输入脉冲，则74192（高位片）的借位端有效即为低电平，并通过非门将其转化成高电平，则发光二级管发光。
8. 外开关控制电路

CLR LOAD BO(高位片) DOWN(低位片) LOAD CLR

图13 开关控制电路图
开关1用来控制计数的继续或停止。当开关拨到右边的时候，秒脉冲放行即正常计数。当此开关拨到左边时秒脉冲被禁止即无效，此时计数器停止计数。但实际电路中此开关从右边断开时有一段时间开关两边属于悬空状态，此时的SR锁存器处于保态状态，即继续计数，只有当开关的左中端被连接时才停止计数。此开关处的SR锁存器是用来防止开关因为抖动给计数器造成的影响
开关2用来控制计数器的置数与否，当此开关拨到右边时，计数器置数成24，当此开关拨到左边且开关1拨到右边时，计数器开始减计数。
开关3用来控制计数器的清零功能，当此开关拨到右边且开关2拨到右边时，计数器不清零且置数，当此开关拨到左边时，计数器清零，显示00.
8. 电路调试方法与结果说明
将脉冲发生电路的输出端接到示波器，通过观察示波器上的图形来确定秒脉冲发生电路是否正正确，经过检测，示波器显示秒脉冲，本部分电路正确，
将电路连接完好，通过改变开关的连接状态，来检测电路是否能实现所要求的功能，经过调试与老师验收，本设计电路能完成所要求的功能。

二、课程设计工作记录：
包括：设计步骤与时间安排、调试步骤与时间安排、课题完成结果说明

1.设计步骤与时间安排
6月18日，抽取课题，并从此日起构思设计结构，查找资料，并设计原理图。
6月20日在电脑仿真软件上进行仿真，并找老师记录仿真结果，并把实验所需元器件上报给老师，便于老师统一购买。
2、调试步骤与时间安排：
6月25日，由老师发练习板和废旧器件，并教给学生如何正确美观的焊接电路。下午由老师发各个课题所需要的元器件，学生自行对电路板进行布局设计学生自行。
6月25，26日，有值班老师在实验室值班，学生根据自己的布局开始焊接电路板，有问题可以向值班老师请教。6月27,28日，学生根据自己焊接的电路板进行调试，看实验所要求的功能是否能稳定实现，并做相应修改。
6月29日，由课题老师验收焊接成品。
7月2日起写实验报告，并在7月4日前将电子版报告发到老师指定邮箱。
7月5日进行答辩。答辩结束，课程设计结束。
3. 课题完成结果说明：
我的设计课题是篮球竞赛24秒计时器，要求作品有置数，清零功能，也要求有减计数功能及计数器的停止继续功能。并且在设计过程中要求消除抖动，成品经过调试，这些功能全部实现，并且稳定。
4. 实验问题：
（1） 开关的消抖，如果没有SR锁存器，只用一个开关来控制脉冲的放行与禁止，则会影响计数器停止继续间隔的脉冲数，即很不稳定。
（2） 电路板的高电平端与低电平端，此次实验的电路板是由两块小的电路板组成的，连接可能不紧密，而我的实验恰好是用最外面的一圈接地，所以在实验过程中出现了有些低电平端不能连接，所以必须将两块电路板的连接处用锡连接好
（3） 串联问题，我的实验在进行过程中出现了电平不该相等的地方结果用万用表一测电平相等，最终发现是由于电路板的某些点通过细细的铜粉连接到一起，只需将其划开就可以了。

5. 实验心得：
本次试验主要是以数电知识为基础的，本来对数电只是概念和书本上的理解，通过此次实验，对数电有了更深一步的了解，并且发现一个很重要的素质需要培养，那就是细心，因为一个小小的错误的连接就有可能造成整个电路的不能运行。还有就是遇到问题，先不要从整体找错误，要先从局部找，如果在局部无法发现错误，就应顺着电路的走向一步步的查找错误，直到最后肯定能解决问题。
本次实验还使我对一些仪器的使用有了更多的了解，比如万用表可以测量是否短路，函数信号发生器可以当做稳压电源等。
通过课程设计，还加深了我对自己专业以及以后工作所需要的素质的了解，还加强了动手能力，这对我们大学生的锻炼是意义匪浅的。

注：此表可加附页
课程设计验收
指导教师评语及成绩：

成绩
指导教师签字

年 月 日
教研室主任意见

教研室主任签字

年 月 日