篮球比赛计时器.doc

电子技术课程设计-篮球比赛计时器目 录一、设计任务与要求-3 二、总体框图-3三、器件选择-41、我设计的模块选择的器件-42、器件介绍-4（1）十进制可逆计数器74LS192-4（2）二输入四与非门74LS00-5（3）六反相器74LS04-6（4）RS触发器-7（5）发光二极管-7（6）七段数码显示器-7四、功能模块-81、闪灯报警电路-82、暂停/连续电路-9五、总体设计电路图-111、电路说明-112、电路仿真-113、实验总体电路-12六、硬件验证-131、硬件连接及实验过程-132、硬件连接问题及相应处理-133、实验结果-13篮球比赛计时器一、 设计任务与要求1. 篮球比赛全场为48分，其分为4节，每节12分钟，要求开机自动置节计数器为第“1 ”节，节计时器为“12分00秒”。2. 用数字显示篮球比赛当时节数及每节时间的倒计时，计时器由分、秒计时器完成，秒计时器为模60，分计时器应能记满12分。3. 能随时间按钮开关控制比赛的启动/停止，启动后开始比赛，停止期间不计时，重新启动后继续计时。4. 每节比赛时间结束时，能以闪灯自动提示并暂停计时，同时节数自加1。5. 秒信号不必考虑时间精度，可利用试验仪上所提供的连续脉冲（方波）。6. 本计数器由崔俊杰、邓宏飞合作设计。崔俊杰负责设计计数器模块、译码和显示电路模块、置数停止功能模块。邓宏飞负责设计闪灯报警电路模块、暂停连续功能模块。二、 总体框图设计的核心部分是要设计一个十二进制的分倒计时、一个六十进制的秒倒计时及一个四进制的节计数器，并且对计数结果进行实时的显示，同时要实现设计任务中提到的各种控制要求。设计方案如下框图所示，系统分别实现12进制、60进制递减计数器，4进制加法计数器，同时实现了置数、启动计数、清零、暂停/连续、显示、闪灯报警等控制。显示器显示器显示器显示器显示器4进制节数计数器12进制分倒计时60进制秒倒计时暂停/连续脉冲信号闪灯报警信号图一：设计电路总体框图三、 器件选择（1） 74LS00 二输入四与非门（2） 74LS192 同步十进制可逆计数器（3） 74LS04 六反相器（4） RS触发器 （5） 发光二极管（6） 单刀双掷开关（7） 七段数码显示器（8） 电阻（9） 电容2、 器件介绍（1）十进制可逆计数器74LS19274LS192是同步十进制可逆计数器，其引脚排列及逻辑符号如下所示： （a）引脚排列(b) 逻辑符号图1 74LS192的引脚排列及逻辑符号图中：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 加发计数011 减发计数表1 74LS192的功能表使用方法为：当清零端接高电平时，无论其他端口如何，输出端都显示为0.清零端低电平失效后，置数端接低电平时，输入与输出端保持一致，置数端节高电平时，如果接加法计数端则进行加法计数，反之为减法计数。（2）二输入四与非门74LS0074LS00是四2输入与非门，其逻辑符号，逻辑功能表，内部原理图分别如下： 表2 74LS00的逻辑功能表 图2 74LS00的内部结构 图3 与非门逻辑符号 图4 74L00管脚图 （3）六反相器74LS04 74LS04为六反相器，他的输入是、为A，输出为Y，6个相互独立反相。电压5V，电压范围在4.755.25V内可以正常工作。门数6，每门输入输出均为TTL电平（2v高电平）,低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流8mA。其逻辑符号、逻辑功能表、内部结构、管脚图分别如下： 图5 74LS04的内部结构 表3 74LS04功能表 图6 74LS04的逻辑符号 图7 74LS04的管脚图（4）RS触发器 以下分别为RS触发器的电路结构、逻辑符号和真值表。 图8 RS触发器的电路结构 图9 RS触发器的逻辑符号表4 RS触发器的真值表（5）发光二极管中空LED发光二极管，属于电子发光元件，由LED发光芯片、内透明罩、外透明罩、透明树脂、LED发光芯片引脚构成。本发明在原有的LED发光二极管透明罩的外面再加上一层透明罩，使LED发光芯片发出的光波在两层透明罩之间经过反复折射后再对外散射，增大了发光二极管的发光角度，为原先发光角度的2-4倍。内、外透明罩之间可为真空或充填任何气体，并可通过改变充填的气体介质成份来改变发光颜色。实验中用的是绿色的发光二极管。 （6）七段数码显示器LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已成为城市信息现代化建设的标志。其真值表如下表所示：表5 七段数码显示器真值表四、 功能模块1、 闪灯报警电路此电路由发光二极管作为核心，当电路的分、秒计数状态分别为“00分00秒”时，系统的输出信号使闪灯报警电路处于连续的报警状态，报警表示一节比赛结束。下图所示为闪灯报警电路的验证电路，当电路的左部分输出为0时，闪灯电路将处于连续的报警状态，设计电路如下图七所示。电路工作原理为：74LS192计数器输入端默认置数为1001（9），加法计数端、置数端接高电平失效，清零端接低电平失效，输出端QA、QB、QC、QD与数码管1、2、3、4端相接，减法计数端接入脉冲信号，接位输出端与反相器连接，之后与三极管P端相连，脉冲信号输入减法计数端，74LS192开始由9向0减法计数，当输出为0时，计数器接位输出，于是接位输出端输出低电平信号，经过反相器变为高电平信号，输入三极管，使三极管正向导通，发光二极管开始发光。图10 闪灯报警电路2、 暂停/连续电路这部分电路主要由RS触发器组成，当分计时器的十位产生进位脉冲，同时单刀双掷开关置于暂停端时，系统暂停脉冲的输入；单刀双掷开关置于连续端时，系统脉冲连续输入。设计电路对系统电路进行验证如下图八所示。电路工作原理为：单刀双制开关，单刀端接地，双制开关一端RS触发器R端，一端接S端，74LS192计数器A、B、C、D输入端置数1001（9），输出端QA、QB、QC、QD分别与数码管1、2、3、4端相连，显示输出。将置数端与接位输出端相连，加法计数端接高电平，令其失效，清零端接地，低电平失效。脉冲信号输入到三输入一输出与非门的一输入端。RS触发器Q端接入三输入一输出与非门的另一输入端，最后将剩下的一个输入端接入高电平，并在之间接入一个发光二极管和一个保护电阻，用于指示和保护电路。当开关接R端时，S端为高电平1，R端为低电平0，Q端输出为高电平1，此时三输入一输出与非门除脉冲信号外2输入均为高电平1，所以与非门输出由脉冲信号确定，所以此时计数器正常计数，当开关指向R端时，R端为低电平0，S端为高电平1，此时Q端输出为低电平1，所以三输入一输出与非门输出强制为低电平0，经过反相器反相后为高电平1，接入74LS192减法计数端，减法计数端失效，计数器暂停。图11 暂停/连续电路五、 总体设计电路图1、 电路说明设计的总体电路由计数电路、译码显示电路、置数/停止电路、闪灯报警电路和暂停/停止功能电路五部分组成。电路的脉冲由Multisim基本的脉冲元件经暂停/停止电路模块输出，其模值在电脑仿真过程中根据实际的需要可以规定仿真速度。计数电路部分60进制秒计数器的个位BO端输出的借位脉冲反馈于自身的置数端，并作为十位部分的脉冲信号，即当个位为0时，十位自减1，个位进入下一轮计数循环。当秒计数部分个位和十位同时为0时，12进制分计数器进入减法状态。分计数器的个位初值为2，当个位为0时，个位BO端输出借位脉冲作为分计数器十位上的脉冲。当分计数部分和秒计数部分同时为0时，节数计数部分进入计数。节计数部分的处置为1，为4进制循环。当分计数部分和秒计数部分同时为0，节计数部分产生进位时，显示部分的分计数与秒计数各个输出分别经过或非后，输出部分再经过相与后，经D触发器停止工作，电路的分、秒计数状态分别为“00分00秒”。当电路的分、秒计数状态分别为“00分00秒”时，系统的输出信号使闪灯报警电路处于连续的报警状态，报警表示一节比赛结束。当电路处于连续的工作状态时，系统可以由暂停/连续电路进行控制它的状态。下图所示为第一节比赛结束时的总体电路及电路的整体输出状态。在整体电路中，开关Space控制电路的暂停/连续状态，当开关打在左边时，电路处于暂停状态，当开关打在右边时，电路处于连续状态。开关B控制电路的置数/停止状态，当开关打在左边时，电路处于置数状态，即“1节12分00秒”，当开关打在右边时，电路处于停止状态。2、 电路仿真按照实验要求及任务在软件multisim上设计电路，并利用软件进行仿真。打开电源，将空格按钮至于置数端时，电路显示为“1节12分00秒”，将空格按钮置于非置数端时，电路进入倒计时状态；将A按钮置于暂停端时，系统处于暂停状态，将A按钮置于连续端时，系统继续进入倒计时状态。当分和秒进入“00分00秒”的状