1、<p><b>　　概述</b></p><p>　　在籃球比賽中，規(guī)定了一方的持球時(shí)間不能超過(guò)30秒，否則就被判做犯規(guī)。本課程設(shè)計(jì)的“籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器”，就可用于籃球比賽中，用于對(duì)球員持球時(shí)間30秒進(jìn)行限制。一旦球員的持球時(shí)間超過(guò)了30秒，計(jì)時(shí)器便自動(dòng)報(bào)警。</p><p>　　30秒計(jì)時(shí)器不僅可用于籃球比賽中，生活中也有許多地方可以用到，比如通過(guò)對(duì)預(yù)

2、置時(shí)間的更改，可以用于辯論賽等場(chǎng)合。</p><p>　　此次課設(shè)設(shè)計(jì)了一個(gè)籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器電路。它由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和時(shí)序控制電路五個(gè)部分組成。通過(guò)控制電路來(lái)完成計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)、計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)等功能。計(jì)時(shí)器為30秒遞減計(jì)時(shí)器，其時(shí)間間隔為1秒；計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，持續(xù)發(fā)光報(bào)警。并自行設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　這次實(shí)

3、踐，旨在增強(qiáng)學(xué)生思考問(wèn)題，解決問(wèn)題，以及將知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際的能力，作為一名學(xué)生應(yīng)該好好珍惜這樣的機(jī)會(huì)。</p><p><b>　　方案論證</b></p><p>　　圖1 籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器原理框圖</p><p>　　30秒計(jì)時(shí)器的原理框圖如圖1所示。30秒計(jì)時(shí)器主要由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、時(shí)序控制電路和報(bào)警電路5部分構(gòu)成

4、。計(jì)數(shù)器完成30秒減計(jì)時(shí)功能，而控制電路是控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)、計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)功能等功能。操作清零開(kāi)關(guān)時(shí)能夠使計(jì)數(shù)器清零并使顯示器顯示“00”，報(bào)警燈發(fā)光；當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖脈沖信號(hào)，同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，顯示器顯示“30”；當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，控制電路封鎖脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器處于封存狀態(tài)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器連續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí)，報(bào)警燈發(fā)出

5、報(bào)警信號(hào)。</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1. 直流穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　直流穩(wěn)壓電路由電壓變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。</p><p>　　交流輸入 直流輸出 </p><p>　　圖2 直流穩(wěn)壓電源電路構(gòu)成<

6、;/p><p>　　電壓變壓器的作用是將電網(wǎng)220的交流電壓變成整流電路所需要的交流電壓，通常為降壓變壓器。整流電路是將輸入的交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓和電流，這是還需在整流電路的輸出端接入濾波電路濾除交流分量，使輸出為平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路的作用是將濾波電路輸出的電壓經(jīng)穩(wěn)壓后，輸出較穩(wěn)定的電壓。直流穩(wěn)壓電源的電路圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 直流穩(wěn)壓電路圖</p>

7、<p><b>　　2.計(jì)數(shù)器電路</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中計(jì)數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74192是十進(jìn)制同步加法/減法計(jì)數(shù)器，它采用8421BCD碼二-十進(jìn)制編碼，其功能表如表1所示。</p><p>　　表1 74192的功能表</p><p>　　74192的引腳圖如圖4所示。</p>

8、;<p>　　結(jié)合整機(jī)電路（見(jiàn)附錄I）可看出,當(dāng)J3接5V時(shí)，CR為高電平，計(jì)時(shí)器清零；當(dāng)J3接地時(shí)，CR為低電平、LD為低電平時(shí)，D0-D3端輸入的數(shù)據(jù)d0-d3被置入計(jì)數(shù)器，Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0。當(dāng)CR為低電平，LD為高電平時(shí)，如果CPD為高電平，由CPU端輸入計(jì)數(shù)脈沖，進(jìn)行加計(jì)數(shù)。如果CPU為高電平，由CPD端輸入計(jì)數(shù)脈沖，則進(jìn)行減計(jì)數(shù)。如果CPU和CPD端都為高電平，計(jì)數(shù)器保持狀態(tài)不變。用兩片7419

9、2實(shí)現(xiàn)30秒定時(shí)器的計(jì)數(shù)如圖5所示。當(dāng)J3接地時(shí)（即CR=0），同時(shí)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)J2打向下端時(shí)，兩片74HC192的LD=0,計(jì)數(shù)器置30秒.當(dāng)J2打向上端時(shí)，LD=1，計(jì)時(shí)器工作，CPD端輸入秒脈沖時(shí)進(jìn)行減數(shù)。當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到0時(shí)，BO1和BO2同時(shí)輸出低電平0。</p><p>　　圖4 74192引腳圖</p><p>　　BO 接顯示器

10、 接顯示器</p><p><b>　　脈沖信號(hào)</b></p><p>　　圖5 三十進(jìn)制減法計(jì)時(shí)器</p><p><b>　　3. 時(shí)序控制電路</b></p><p>　　圖6是時(shí)序控制電路。J1是暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)J1打向右端時(shí)，U3輸出高電平，控制門(mén)U

11、4打開(kāi)，秒脈沖信號(hào)可以通過(guò)控制門(mén)U4使計(jì)數(shù)器進(jìn)行減數(shù)；開(kāi)關(guān)J2打向左端時(shí)，U3輸出低電平，U4門(mén)關(guān)閉，秒脈沖信號(hào)被封鎖，計(jì)數(shù)器處于鎖存狀態(tài)。計(jì)數(shù)器完成30秒倒計(jì)時(shí)或清零后，BO為低電平，二極管發(fā)光，同時(shí)U1門(mén)關(guān)閉，計(jì)數(shù)器不再進(jìn)行計(jì)數(shù)，并顯示“00”。</p><p><b>　　脈沖信號(hào)BO秒脈沖</b></p><p>　　圖6 時(shí)序控制電路</p>

12、<p>　　4.秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路</p><p>　　LM555秒脈沖發(fā)生器的振蕩周期T=tw1+tw2=0.7（R1+2R2）C，振蕩頻率f=1/T=1/﹝0.7（R1+2R2）C﹞≈1.43/﹝(R1+R2)C﹞。本實(shí)驗(yàn)需要的周期是1s，計(jì)算出較為穩(wěn)定的電阻電容值為：R1=20.4kΩ,R2=20.8kΩ, C1=100nF ,C2=2.2μF。LM555秒脈沖發(fā)生器由555集成定時(shí)器構(gòu)成，其引

13、腳圖如圖7所示。脈沖</p><p>　　信號(hào)產(chǎn)生電路如圖8所示。</p><p>　　圖7 LM555引腳圖</p><p><b>　　秒脈沖</b></p><p>　　圖8 脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路</p><p>　　5.譯碼和數(shù)碼顯示電路</p><p>　　譯碼器

14、將各級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行二-十進(jìn)制譯碼，并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管用十進(jìn)制符號(hào)顯示出來(lái)。譯碼顯示器如圖9所示。</p><p><b>　　圖9 譯碼顯示器</b></p><p>　　為保護(hù)顯示器，使顯示器與電阻串聯(lián)，其電路圖如圖10所示。</p><p><b>　　接計(jì)時(shí)器</b></p><p>

15、;　　圖10 譯碼和數(shù)碼顯示電路</p><p><b>　　6.報(bào)警電路</b></p><p>　　當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零 ( 即定時(shí)時(shí)間到 )或直接清零時(shí) ,顯示器顯示“00”，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 ,BO輸出為低電平，此時(shí)+5V電源經(jīng)10k電阻使發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)出紅光電報(bào)警信號(hào),完成報(bào)警功能。報(bào)警電路如圖11所示。</p><p>&

16、lt;b>　　接計(jì)時(shí)器</b></p><p>　　BO 脈沖信號(hào)</p><p>　　圖11 發(fā)光報(bào)警電路</p><p><b>　　性能的測(cè)試</b></p><p>　　1.直流穩(wěn)壓電源測(cè)

17、試</p><p>　　將萬(wàn)用表接到直流穩(wěn)壓電源上，進(jìn)行仿真，其電路如圖12所示。萬(wàn)用表測(cè)試結(jié)果顯示的數(shù)據(jù)如圖13所示。</p><p>　　圖12 直流穩(wěn)壓電源測(cè)試電路</p><p>　　圖13 萬(wàn)用表的測(cè)試結(jié)果</p><p>　　萬(wàn)用表的數(shù)據(jù)顯示為5.007V，即所設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓為5.007V，非常接近5V,所以可認(rèn)

18、為此直流穩(wěn)壓電源合格。</p><p>　　2.脈沖信號(hào)發(fā)生器測(cè)試</p><p>　　將示波器連接到脈沖信號(hào)發(fā)生器上，進(jìn)行仿真，其電路如圖14所示。示波器上所觀察的波形如圖15所示。</p><p>　　圖14 脈沖信號(hào)發(fā)生器測(cè)試電路 </p><p>　　圖15 示波器測(cè)試所顯示波形</p><p>　　示波器

19、所顯示波形的周期為94.129ms，即所設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)周期為94.129ms，其信號(hào)頻率非常接近1HZ，所以此信號(hào)發(fā)生器合格。</p><p><b>　　3.整體電路測(cè)試</b></p><p><b>　?。?）預(yù)置30秒</b></p><p>　　對(duì)電路進(jìn)行仿真，將J2打向下端（接地端），J3打向上端（

20、接地端），J1打向右端。此時(shí)LD為低電平，顯示器顯示“30”，其仿真結(jié)果如圖16所示。</p><p>　　圖16 30秒置數(shù)仿真結(jié)果</p><p>　　從顯示器顯示“30”可以得知，整個(gè)電路可圓滿(mǎn)完成置數(shù)功能。</p><p>　　（2）暫停/連續(xù)功能</p><p>　　當(dāng)置數(shù)30秒完成后，J2打向上端，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)開(kāi)始后，暫

21、停/連續(xù)開(kāi)關(guān)J1打向右端時(shí)，U3輸出高電平，控制門(mén)U4打開(kāi)，秒脈沖信號(hào)可以通過(guò)控制門(mén)U4使計(jì)數(shù)器進(jìn)行減數(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)功能；開(kāi)關(guān)J1打向左端時(shí)，U3輸出低電平，U4門(mén)關(guān)閉，秒脈沖信號(hào)被封鎖，計(jì)數(shù)器處于鎖存狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)暫停功能。J1打向左端時(shí)暫停功能的仿真結(jié)果如圖17所示，J1打向右端時(shí)連續(xù)功能的仿真結(jié)果如圖18所示。</p><p>　　圖17 暫停功能的仿真結(jié)果</p><p>　　圖18

22、 連續(xù)功能的仿真結(jié)果</p><p>　　從圖17的仿真結(jié)果可以看出，在減計(jì)時(shí)過(guò)程中，將J1打向左端時(shí)（此時(shí)顯示器顯示“10”），U3輸出低電平，U4門(mén)關(guān)閉，秒脈沖信號(hào)被封鎖，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，且顯示器顯示結(jié)果保持不變（此時(shí)繼續(xù)保持顯示為“10”）。 </p><p>　　從圖18的仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)J1打向左端后（即處于暫停狀態(tài)），再將J1打回右端，U3輸出高電平，控制門(mén)U4打開(kāi)，秒脈沖

23、信號(hào)可以通過(guò)控制門(mén)U4，此時(shí)顯示器顯示“09”，并繼續(xù)遞減，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)功能。</p><p>　　根據(jù)以上結(jié)果可得出電路能夠成功實(shí)現(xiàn)暫停/連續(xù)功能的結(jié)論。</p><p><b>　　(3)報(bào)警功能</b></p><p>　　當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到零時(shí)，顯示器顯示“00”，此時(shí)計(jì)時(shí)器的BO端輸出低電平，發(fā)光二極管自動(dòng)導(dǎo)通，發(fā)出紅色報(bào)警信號(hào)。報(bào)警顯示

24、如圖19所示。圖20為發(fā)光二極管報(bào)警時(shí)的局部放大圖。</p><p>　　圖19 報(bào)警功能仿真結(jié)果</p><p><b>　　BO端</b></p><p>　　接+5V 接U1</p><p>　　圖20 報(bào)警時(shí)發(fā)光二極管的局部放大圖</p><p><b>　　（4）清零報(bào)

25、警功能</b></p><p>　　計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)過(guò)程中（該過(guò)程中J2保持打向上端不變，J1保持打向右端不變），將開(kāi)關(guān)J3打向下端（接高電平），此時(shí)CR為高電平，計(jì)時(shí)器清零，顯示器顯示“00”，報(bào)警器發(fā)出紅色報(bào)警信號(hào)。清零仿真結(jié)果如圖21所示。</p><p>　　圖21 清零功能仿真結(jié)果</p><p>　　仿真結(jié)果表明將J3打向下端后，顯示器自動(dòng)清

26、零，顯示“00”，并且此時(shí)報(bào)警器報(bào)警。電路能成功完成清零功能。</p><p><b>　　五、 結(jié)論</b></p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，本設(shè)計(jì)方案圓滿(mǎn)完成了設(shè)計(jì)要求和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，條理清晰，準(zhǔn)確度較高。脈沖發(fā)生器使用的是555振蕩電路，通過(guò)對(duì)器件參數(shù)的調(diào)整，使其精度和穩(wěn)定程度都有較高保證。如果能夠通過(guò)分頻電路來(lái)代替555信號(hào)發(fā)生器的話(huà)，產(chǎn)生

27、秒脈沖計(jì)時(shí)信號(hào)能夠更加穩(wěn)定和精準(zhǔn)。</p><p><b>　　六、 性?xún)r(jià)比</b></p><p>　　綜合各種因素來(lái)看，該方案所設(shè)計(jì)的電路比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。雖然由于該電路中的元?dú)饧r(jià)格低廉但電路的總體性能比較穩(wěn)定，效果很好，由此可見(jiàn)該方案的性?xún)r(jià)比還是很高的，若把該方案所設(shè)計(jì)的電路做成實(shí)物圖完全可以應(yīng)用到籃球比賽中。</p><p>　　七、 課

28、設(shè)體會(huì)及合理化建議</p><p>　　這個(gè)設(shè)計(jì)方案的出臺(tái)離不開(kāi)對(duì)資料的查詢(xún)，在查找資料的過(guò)程中我學(xué)會(huì)了如何查找文獻(xiàn)資料并把信息運(yùn)用到自己的設(shè)計(jì)方案中去。在以后的學(xué)習(xí)和生活過(guò)程中，會(huì)遇到許多困難和疑惑，我們應(yīng)該充分利用現(xiàn)有資源來(lái)解決現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題。這次實(shí)驗(yàn)也讓我對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了更多理性和感性的認(rèn)識(shí)，把所學(xué)運(yùn)用到生活中去解決問(wèn)題具有一種愉悅感和成就感。在連接實(shí)物圖和仿真的過(guò)程中也遇到了不少問(wèn)題，通過(guò)自己的努力最終解決

29、了出現(xiàn)的各種問(wèn)題，在這解決問(wèn)題的過(guò)程中使我學(xué)到了許多以前不太了解的知識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了思考問(wèn)題的習(xí)慣。同時(shí)，遇到困難時(shí)，要勇于向老師和同學(xué)請(qǐng)教。</p><p>　　總之，在這次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我收獲頗豐。在過(guò)程中我得到了鍛煉，動(dòng)手動(dòng)腦的能力得到了加強(qiáng)，學(xué)到了許多書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　

30、[1]畢滿(mǎn)清主編.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)（第三版）.[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年</p><p>　　[2]朱定華主編.電子電路測(cè)試與實(shí)驗(yàn).[M]北京：清華大學(xué)出版社，2004年</p><p>　　[3]楊志忠主編.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì).[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008年</p><p>　　[4]朱修文主編.實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)制作.[M]北京：中國(guó)電力出