基于單片機(jī)計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)

畢霖

摘 要：本文主要是介紹一款基于單片機(jī)的籃球比賽的計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要以74LS192單片機(jī)作為主控設(shè)備，從而就能夠?qū)崿F(xiàn)精確的籃球比賽24秒計(jì)時(shí)。這樣不僅在正規(guī)的籃球比賽中使用，而且還可以在學(xué)校、企業(yè)的籃球比賽中使用，而且設(shè)計(jì)成本價(jià)格低廉，也能夠充分的發(fā)揮起作用，提升籃球比賽的嚴(yán)謹(jǐn)性和規(guī)范性。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 籃球比賽 計(jì)時(shí)器 74LS192

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）11-0-01

一、基于單片機(jī)計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思路以及工作原理的分析

1.設(shè)計(jì)思路

本次設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器的功能在于能夠?qū)崿F(xiàn)24秒計(jì)時(shí)的作用。而設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器的控制電路則能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)器的自動(dòng)清零、啟動(dòng)設(shè)備以及暫停、定時(shí)、警報(bào)燈功能。在本次設(shè)計(jì)中，使用了在籃球比賽中廣泛使用的七段數(shù)碼管來(lái)作為輸出顯示屏，從而顯示時(shí)間。并且計(jì)時(shí)器可以啟動(dòng)、暫停以及連續(xù)等功能。能夠非常便捷的實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)計(jì)時(shí)的功能。如果計(jì)時(shí)器從24逐漸減到零，那么就會(huì)自動(dòng)發(fā)出光電警報(bào)。在本次設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)器中還有中途計(jì)時(shí)的功能，從而對(duì)于籃球比賽的時(shí)間追蹤也有很好的實(shí)現(xiàn)，在很多正規(guī)的籃球比賽中廣泛的應(yīng)用。

對(duì)于籃球比賽的計(jì)時(shí)器的常規(guī)功能包括了：當(dāng)進(jìn)攻方開(kāi)始進(jìn)攻，計(jì)時(shí)器開(kāi)始24秒倒數(shù)，當(dāng)?shù)搅銜r(shí)，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。那么裁判就需要判罰進(jìn)攻球隊(duì)24秒違例。當(dāng)然，在實(shí)現(xiàn)這一功能時(shí)，也是基于使用單片機(jī)計(jì)數(shù)器74LS192從而實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于警報(bào)提示，當(dāng)計(jì)數(shù)器從24逐漸降低到零時(shí)，則會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)音，而這部分功能就是基于位移寄存器以及門電路實(shí)現(xiàn)生成的。

2.基本原理

本次單片機(jī)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)包括了脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼器以及輸出/輸入電路以及警報(bào)電路和控制電路構(gòu)成的。即時(shí)電路是基于遞減計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)的，也就是每隔1秒，計(jì)時(shí)器就自動(dòng)減1，并且計(jì)數(shù)器和控制電路就是本次系統(tǒng)的主要部分。而且計(jì)數(shù)器和控制電路也是本次系統(tǒng)的主要模塊部分。如果計(jì)時(shí)器工作后，從24數(shù)字開(kāi)始遞減，并且最終遞減到零后，那么顯示器就會(huì)輸出00，并且也會(huì)發(fā)出光電警報(bào)型號(hào)。而74LS192單片機(jī)以及共陰極七段LED顯示器就共同構(gòu)成了譯碼現(xiàn)實(shí)線路。此外，報(bào)警電路在工作中就可以使用發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)的主體電路主要是24秒倒計(jì)時(shí)。該芯片的置數(shù)端的清零端實(shí)際上設(shè)計(jì)有一個(gè)開(kāi)關(guān)。那么在籃球比賽開(kāi)始后，這時(shí)的24秒置數(shù)端實(shí)際上是常開(kāi)的狀態(tài)，而且24秒倒數(shù)計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作后，并且逐漸過(guò)渡到零，從而就出現(xiàn)“00”狀態(tài)，那么線路的邏輯線路就發(fā)出了截?cái)嘈盘?hào)，從而就使得信號(hào)和時(shí)鐘脈沖就將時(shí)鐘自動(dòng)終止，這樣計(jì)時(shí)器到零時(shí)，停止工作。

二、單元電路設(shè)計(jì)

1.24進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)基于單片機(jī)路74LS192設(shè)計(jì)，對(duì)于單片機(jī)路74LS192完全是基于十進(jìn)制可編程的加法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)然在編碼上也是利用了簡(jiǎn)單的8421碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的，功能包括了清零和實(shí)現(xiàn)加法、減法技術(shù)的能力。

PL的作用是異步并行置數(shù)的控制端，此時(shí)的TCU和TCD是表示進(jìn)位、借位的輸出端，而MR的意思代表的是異步清零端，而Q3--Q0的意思則是輸出端的意思。

在運(yùn)行時(shí)，如果PL=0時(shí)，那么MR必然就等于0，這時(shí)時(shí)鐘脈沖就作用到CU上，這時(shí)CU的值就等于1，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)功能。如果計(jì)數(shù)到達(dá)了9，這時(shí)的TCU端就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)位，并且下跳實(shí)現(xiàn)脈沖作用。而如果時(shí)鐘脈沖作用到CD端，并且CU的值為1時(shí)，那么此時(shí)的計(jì)數(shù)器在預(yù)置位的基礎(chǔ)上就實(shí)現(xiàn)了減數(shù)的功能，并且當(dāng)減數(shù)為0時(shí)，那么TCD端就實(shí)現(xiàn)了借位下跳變脈沖的作用。

2.秒脈沖的設(shè)計(jì)

NE555是本次設(shè)計(jì)的定時(shí)器的集成電路，它也是一種規(guī)模比較大的電路，基于雙列直插的8腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的特點(diǎn)是體積非常小，并且使用非常方便，而且在外部也是基于數(shù)量不等的阻容元件，從而就性成果了觸發(fā)器以及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及多諧振蕩器的脈沖型信號(hào)和變換電路。作用是可以在波形形態(tài)下和信號(hào)實(shí)現(xiàn)自由切換。所以具備了能夠測(cè)量和控制的作用。因此在目前很多電器元件、樂(lè)器以及小型控制設(shè)備中廣泛使用。

3.控制開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)的定時(shí)器中，實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)器的暫停、復(fù)位以及啟動(dòng)的功能。要想實(shí)現(xiàn)這些功能是非常簡(jiǎn)單的，僅僅需要設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)關(guān)就可以完成控制和復(fù)位的功能。而且啟動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)僅僅將74192的11根管腳連接就可以實(shí)現(xiàn)完成。

4.報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中，必須要具有警報(bào)的效果，所以本文就選用了7個(gè)或門電路組件成了選擇電路，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)光二極管能夠發(fā)光，并且蜂鳴器能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警的功能。

5.整套設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)器的工作原理

籃球競(jìng)賽的計(jì)時(shí)器主要是基于秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器以及譯碼電路和主控制電路以及報(bào)警電路構(gòu)成。而控制電路實(shí)際上能夠控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)的功能。此外也能通過(guò)譯碼顯示數(shù)字的功能。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能，本文基于SW1和SW2兩個(gè)開(kāi)關(guān)。其中SW2的作用是置數(shù)的作用，而SW1的功能是暫停。這樣SW2一旦閉合，那么74LS192就開(kāi)始工作，屏幕上就顯示24這一數(shù)字。當(dāng)完成置數(shù)后，自動(dòng)斷開(kāi)SW2。開(kāi)始啟動(dòng)計(jì)數(shù)。這時(shí)如果秒脈沖電路的SW1的狀態(tài)為斷開(kāi)，那么就會(huì)出現(xiàn)連續(xù)秒脈沖信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器上，此時(shí)的數(shù)碼管的數(shù)字就會(huì)開(kāi)始倒計(jì)時(shí)。從而就閉合了SW11，這樣秒脈沖暫停，計(jì)數(shù)就暫停，斷開(kāi)SW3又恢復(fù)計(jì)數(shù)再開(kāi)始遞減，從而實(shí)現(xiàn)了暫停/連續(xù)的功能。而且在計(jì)數(shù)遞減的同時(shí)，74LS192單片機(jī)的8個(gè)輸出端也會(huì)出現(xiàn)不同的高低電平來(lái)控制報(bào)警電路的7個(gè)或門高低電平的變化。這時(shí)7個(gè)或門的排列也是基于74LS1928個(gè)輸出狀態(tài)都為低電平，這樣當(dāng)計(jì)數(shù)為零時(shí)，或門電路最后的輸出就是低電平，從而觸發(fā)二極管發(fā)光以及蜂鳴器報(bào)警，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)和亮光，最終實(shí)現(xiàn)了光點(diǎn)報(bào)警的作用。

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