篮球竞赛三十秒计时器.doc

一 计时器概述 计时器的特点及应用 信息时代的到来给模电和数电知识的运用带来良好的契机，计时器是较为简单的一种模数电交错运用的产物，而又数字电子计数与传统计数方法（如掐秒表）相比有着明显的优势，精确度以及灵敏的反应都是人为测量所不能相比的。；因而如今在许多领域中均得到普遍应用，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。 基本的计时器都具有清零，锁定暂停/连续计时，启动功能。且在规定的计时时间范围内显示数据，在计时结束时会伴有声光电报警功能。计时准确精确稳定。使用简单方便，因此赢得广大使用者的好评。继而更进一步促进了计时器领域的发展。 1.2 设计任务及要求 设计一个篮球竞赛30S进攻时间限制计时器。 性能指标要求: a.具有显示30S计时功能； b.设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能； c.在直接清零时，要求数码显示器灭灯； d.计时器为30S递减计时，计时间隔为1S； e.计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。 二 电路设计原理及单元模块 2.1 设计原理 本课程设计要求设计一篮球竞赛三十秒计时电路，用来检测球员持球时间是否超过30秒这一时限。一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动地报警从而能够准确无误地判定此球员犯规。 基于设计要求，该计时器首先要有显示30S计时功能，由此可推出要有两位数码管来组成显示电路，一般的七段数码管定要有其驱动电路，否则单凭其自身，无法完成显示任务，因此综合考虑，选用共阴七段数管和CD4511以及些许的限流电阻，就构成了计时器最基本的显示电路。 其次，计时器定要有计时信号。由设计要求“计时间隔为1S”，从而知道所要设计的秒冲触发电路的触发脉冲为1HZ。结合本学期《数字电子技术基础》中第十章“脉冲波形的产生和整形”所学知识可知，由555构成的多谐振荡器输出的波形完全可以充当计时器的计时脉冲。再者题目对精度的要求不是很高，于是就选简单常用的555来构成秒脉冲触发电路。 接下来就应该是计数器，既能接收秒脉冲发生器传输过来的计时脉冲，并将脉冲输送到数码管显示器。另外计时器是倒计时的，从而知道所选用的计数器定要有减计数功能，74LS192具有双时钟加，减同步可逆计数器，而且是8421BCD计数，所以就采用74LS192来担充当计数器。只须通过将输出端译码反馈至置数端勤或清零端或者某些端口的特殊功能，将两位74LS192接成三十进制的计数电路。30S倒计时功能就可实现。 当计时器减计数至00时，同时要有报警讯号输出。只需在工作74LS192对CD4511的输出端在00状态译码，可由简单的逻辑门电路组成译码电路。光电报警电路可由一串接了限流电阻的发光二极管并接构成。只需译码电路能够给出正确的报警讯号就可行了。 最后是该计时器的两个控制开关的定位，首先是暂停/连续计时开关，可以让此开关在行使暂停功能时，使得秒脉冲信号输不到74LS192。其次是启动开关，此开关工作时是让数码管显30S字样，只须使此开关接74LS192的置数端LD，该端是以低电平有效，控制此端的接高或接低电平，再在两位四个置数输入端打入30字码即可完成启动任务。 综合以上所分析，该计时器基本可由五大模块构成。即：秒脉冲发生器,三十进制的倒计数器，译码显示模块，辅助控制电路，声光电报警电路。只要此五部分运行正常而又配合得力，篮球竞赛三十秒计时器就已经基本成型。 以下是篮球竞赛三十秒计时器的原理框图： 图一 篮球竞赛三十秒计时器的原理框图 2.2 设计方案及方案比较 结合以上的原理说明，设计方案可由五大电路板块分析： 1．秒脉冲发生器 获取矩形脉冲的途径不外乎两种：一种是利用各种形式的多谐振荡电路直接产生所需要的矩形脉冲，另一种则是通过各种整形电路将已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。 在脉冲触发方面，有石英晶体多谐振荡器，以其振荡频率稳定性高，稳定性直接影响着准确性，所以经常作为数字钟的脉冲源使用，在对频率稳定性要求高时，要加稳频电路。且成本较高，不予采纳。其次是用施密特触发器构成的多谐振荡器，由施密特触发器其传输特性有一个滞回区，可轻而易举地实现脉冲触发。但是在计算其振荡周期时应考虑至施密特触发器输入电路对电容充放电的影响，导致周期计算难度较大，不易准确实现1HZ的秒脉冲。 在脉冲变换方面，施密特触发器发以其可实现波形变换，脉冲整形，脉冲鉴幅得到广泛应用，但考虑到在实际中，要求有一已经具备了周期性变化的波形才可适用，而且周期也要1S才能发挥用处，这一点对电源要求太过苛刻，所以只能作罢。 555定时器接成多谐振荡器，在不对输出频率