篮球比赛秒倒计时器的设计

1、赣南师院物理与电子信息学院数字电路课程设计报告书-14 -姓名：班级：电气 学号：10080时间：2012年设计题目篮球比赛24秒倒计时器的设计课程论文要 求设计制作一个篮球竞赛计时系统，具有进攻方 24秒倒计时功能，具体设 计要求如下：1、具有显示24s倒计时功能：用两个共阴数码管显示，其计时间隔为1So2v分别设置启动键和暂停/继续键，控制两个计时器的直接启动计数，暂 停/继续计数功能。3、设置复位键：按复位键可随时返回初始状态，即进攻方计时器返回到 24s o4、计时器递减计数到“ 00时，计时器跳回u 24”停止工作，并给出声 音和发光提不，即直流振荡器发出声响和发光一极官发光。4、安

2、装、调试步骤6、总结8元件清单-16 -1、总体设计思路、基本原理和框图1.1设计思路12基本原理13、总体设计框图-6 -2、单元电路设计（各单元电路图）2、1各芯片的用法和功能2.1.1 74LS482.1.2 555定时器-9 -2.1.3 74LS1922.2单元模块-10-2.2.1信号发生部分2.2.2倒计时部分2.2.3停止控制电路11设计过程2.2.4警报提示装置3总设计（总电路图）5、故障分析与电路改进-15-15-155.1故障分析和解决5.2电路改进g、 M寸图17 -得体会16 -tot参考文献19、八冃IJ言电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识

3、和 头践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。在许多领域中计时器均得到普遍应用，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，由此可见计时器在现代 社会的应用是相当普遍的。在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就违例了。 本课程设计“智能篮球比赛倒计时器的设计”,可用于篮球比赛中，用于对 球 员持球时间24秒限制。一旦球员的持球时间超过了 24秒,它自动的报警 从而 判定此球员的违例。本设计主要能完成：显示24秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制 计时器的直

4、接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器火 灯；计时器为24秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到 零时，数码 显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。整个电路的设计借助于Multisim仿真软件以及数字电路相关理论知识，并 在Multisim下设计和进行仿真，得到了预期的结果。1、总体设计思路、基本原理和框图1.1设计思路本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛 24秒计时器。此计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能，同 时应用了七段数码管来显示时间。此计时器有了启动、暂停和连续功能，可 以方便 地实现断点计时功能，当计时器递减到零时

5、，会发出光电报警信号。本设计完成的 中途计时功能，实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功能，在 社会生活中也 具有广泛的实用价值。篮球竞赛记时系统的主要功能包括：进攻方24秒倒计时和计时结束警报提 示。攻方24秒倒计时，当比赛准备开始时，屏幕上显示24秒字样，当比赛 开始 后，倒计时从24逐秒倒数到00。这一模块主要是利用双向计数器74LS192来实 现；警报提示：当计数器计时到零时，给出提示音。这部分电路主要通过移位寄存 器和一些门电路来实现。此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制 模块、以及译码显示模块。在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起 来更加简

6、单、方便、快捷。此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示、 报警为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。12基本原理24秒计时器的总体参考方案框图如图1所示。它包括秒脉冲发生器、计数 器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个模块 组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停 /连续计数、译码 显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对此信 号 要求并不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐

7、振荡 器构 成。译码显示电路由74LS48和共阴极七段LED显示器组成。报警电路在实验 中可用发光二极管和鸣蜂器代替。主体电路：24秒倒计时。24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，比 赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行 倒计 时，逐秒倒计到零。选取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让 该信号与时钟脉冲在与门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。1.3、总体设计框图图1倒计时设计总体框图总体电路说明:倒计时功能主要是利用192计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的 转换，以适合分和秒的不同需要。由于该系统特殊的需要，到计时器到零时，通过

8、 停止控制电路使计数器停止计数并发出蜂鸣警报。单元电路设计（各单元电路图）2、1各芯片的用法和功能2.1.1 74LS4874LS48输入信号为BCD码，输出端为ab、c、d、e、f、g共7线，另有3 条控制线。LT端为测试端。在端接高电平的条件下，当LT=O时，无论 输入端A、 BC、D为何值，ag输出全为高电平，使7段显示器件显示“ 8字型，此功能 用于测试器件。端为灭零输入端。在RBT =1,条件下，当输入SBC、D=0000 时，输出ag全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。但当输入A、BCD不全 为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。RBO端为消隐输入端。该输入端具有最高级别的

9、控制权，当该端为低电平时，不管 其他 输入端为何值，输出端ag均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。另外，该端还 有第二功能一一灭零信号输出端。当该位输入的A、B、C、D=0000时，此时输出低电平；若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。若将与 配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。74IS48功能表如下:功能 或数 字输入输出显不 字形LTRBIAAAAabcdefgBl / RBO灭灯XXXXXX00000000灭灯试灯0XXXXX111111118动态 灭灯10000000000000灭灯011000011111110011X000110110000121X0010111

10、01101231X001111111001341X010010110011451X010111011011561X011010011111671X011111110000781X100011111111891X1001111110119101X101010001101无效 输出111X101110011001121X110010100011131X110111001011141X111110001111151X1111100000002.1.2 555定时器555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C 充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc,会使比

11、较器C1输出翻 转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降 到1/3Vcc,比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。R2又开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期与充放电时间有 关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：twl： Uc 二 3V、丄“Vcc、t仁 FLFV当t =tw1时，把Uctwl的先代入三要素方程。于是可解出：tw 仁 0.7 RaRbtw2： Uc () =2Vcc3Vx UcSAW、和二RBC当t=tw2时，Uctw2icc3代入公式，于是可解出:tw2 = 0.7 Rb

12、C振荡周期T =tw1 twA0.7 Ra2RbC -1 s T于是为了产生周期为1秒的脉冲，可以使Ra=20kJ、Rb = 62ki 、C=10nF2.1.3 74LS19274LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有 进 位和借位输出端。当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的 CR端，端接到下一级的CP端即可。74192功能表：CPuCPdLDCR操作XXX1清零XX00置数T110加计数1T10减计数1110保持2.2单元模块2.2.1信号发生部分秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。电路图如下图所 示。当开关断开时，555定时器产生

13、周期为1s的脉冲；当开关闭合时，电路 不能 输出信号，于是没有脉冲输入74LS192中，故74LS192在保持状态，即实 现暂 停功能。;督; I -5V图2信号发生电路222倒计时部分24秒倒计时电路。这部分电路的主体部分在时钟脉冲的输入情况下工作，下 面进行具体分析。计数器的倒计时功能。用两片74LS192分别做个位（低位）和十位（高位） 的倒计时计数器，由于本系统只需要从开始时的u 24倒计到“ 00然后停 ,所以，这里的高位不需要做成六十进制的计数器。因为预置的数不是“ 00,所以我选用置数端LOAD来进行预置数。时钟 脉冲分别通过两个与门才再输进个位（低位）的down端，当停止控制电

14、路送来 停止信号时，截断时钟脉冲，从而实现电路的停止功能。低位的借位输出信号用作咼位的时钟脉冲。两片计数器具体接法。Vcc、UP接+5V电源，GND接地；时钟脉冲从与门 输出后接到低位的down,然后从低位BO接到高位的down；输入端低位C高位B 接电源，其他引脚和CLR都接地。LOAD接到开关C的活动端，C的另外两引脚 分别接G的活动端和地。而G的另外两个引脚分别接到电源和地。-27图3 24秒倒计时电路223停止控制电路倒数计数器到零时，需要将电路转换到“ 24,5并且停住。现在选取计数器到零的状态24秒计到“00,从各引脚引出线接到二脚与非门，当计数器从“00”状态转换到“ 99”时，

15、用与非门把该状态转换成低电平（其余时间为高电平）控制LD。使电路转换到“ 24。由于数字99是在很短的时间才能看到，用肉眼是看不到的，于是能实现从u 00到“24的转换。再通过与非门 所组成的触发器的输出端输出低电平，使74LS192处于保持状态。这样就实 现 了转换并停止的电路。图4停止控制电路224警报提示装置警报提示就是完成任一计时器计时结束时，系统给出连续的提示音。当电路由st 00到“24”时，下面一个与非门输出低电平，而鸣蜂器的和LED1的正极已经接了高电平，故这时由于两端存在电压差，所以鸣蜂器和LED1 均能正常工作。从而发出报警信号。LED1*7CCT图5警报提示电路3. 总设

16、计（总电路图）r心 UUI3hlT彳 in u Q 1 S 4曲爭图6电路总原理图由555定时器输出秒脉冲经过R30输入到计数器IC4的CD端，作为减计 数 脉冲。当计数器计数计到0时IC4的(13)脚输出借位脉冲使十位计数器IC3开始计 数。当计数器计数到“00时应使计数器复位并置数“ 24 o本电路利用从 tl00n到79时，通过与非门，使电路置数到“ 24并且保持该状态。由于 u99n是一个过渡时期，不会显示出来，所以本电路采用u 99作为计数器复位 脉冲。当计数器由OO55跳变到“99时，利用个位和十位的u 9即u 1001J, 通过与非门IC5去触发Rs触发器使电路翻转，从门脚输出低

17、电平使计数器置 数，并保持为u 24,同时LED发光二极管亮，蜂鸣器发出报警声，即声光报 警。按下J1时，Rs触发器翻转11脚输出高电平，计数器开始计数。若需要暂停 时，按下J2,振荡器停止振荡，使计数器保持不变，断开J3后，计数器继续计数。(1) J1 :手动复位按钮。当按下J1时，不管计数器工作于什么状态，计数器 立即复位到预置数值，即“ 24J, o当松开K2时，计数器从24开始计数。(2) J2 :暂停按钮。当“暂停/连续开关处于“暂停”时，计数器暂停计数， 显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数。(3) J3 :启动按钮。J3处于断开位置时，当计数器递减计数到零

18、时，控制 电路 发出声、光报警信号，计数器保持七4”状态不变，处于等待状态。当J3闭合时， 计数器开始计数。4、安装、调试步骤4.1 x按照万能板的规格，设定好各集成芯片的排放位置、测试各芯片是否与 面板接触良好。42 用异步可逆双时钟BCD计数器74LS192及相关门实现定时倒计时电 路。4.3、当检测出问题后分析其原因，是元器件本身原因还是接线错误，更 换元 件或重新正确接线，保证电路的正确运行。4.4、整体综合连接，测试整体性能。5、故障分析与电路改进5.1故障分析和解决在实际连线过程中，出现故障几乎是不可避免的。其中接线错误就是第一个 一个难以避免的困难。另外一个让人头疼的原因是实验板

19、与芯片接触不良，导致 形成软型故障，难以准确找出故障点。最后，我个人认为还有一个细节也不能忽 视，就是实物图和电脑仿真上的芯片接法并不完全一样，电脑仿真上的芯片许多管脚已经默认接地或接电源了，这些我们在实物图上就必须实际地接 ,否则就会得到错误的结果。在查找故障时，首先要有耐心和细心。同时要开动脑筋，进行认真的分析 和 判断。在不通电的情况下，通过目测，对照电路原理图和装配图，检查每一块片 是否正确，极性有无接反，管脚有无损坏，连线有无接错（包括漏错线、短路 和）通电后，通过类比法，高低电平比较法等方法逐一找出故障点。5.2电路改进尽管用本电路图所焊接出来的电路板能实现功能，而且电路也很稳定。

20、这 也 是对本电路的肯定。但从使用的过程中，其实还是有值得改进的地方。比如当数 码管显示到u 00时，能亮灯，那应该是更完美的。但是本电路只有在从“ 00转到迄4”是才能亮灯及报警，也就是说报警器慢了 1秒钟报警。实际的电路改进：可以先在两个74LS192的输出端接上接二个四输入端与非门。并且接到触发器的输入端，这样能实现当数码管显示到“ 00时，LED 发光且鸣蜂器发出声音，实现报警功能。但是，这样的代价就是使电路更加的复 杂，所带来的工作量也随之增大。6、总结在此次课程设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来。按照书本上 的知识和老师讲授的方法，首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和

21、要 求， 然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。在其 中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分 析讨 论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师 询问请教，和老师一起探讨解决。通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。7、心得体会1在本次课程设计中，我对74LS48、74LS192、NE555等芯片加深了了解,和巩固了对它们的使用，对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理 解，为 以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。2.提高实践动手能力。大学中许多的时间

22、都是在学习理论知识，很少参与时 间中去，课程设计给我们提供了一个宝贵的机会，理论用语实践，从设计，仿 真，安装调试，没一步的进行，都会带来受益非浅的实际操作训练，许多的实践 经验是我们在课本上学不到的，必须经过这样严格的自己动手，才会从中体会出 设计成果的喜悦。理论知识总是要用于实践中才得以升华，我们应该更多的参与 实践，以增强我们对电子专业的兴趣。同时，从开发设计一些小规模 产品去体会 学习开发设计电子产品的设计思路，为以后的工作打下基础。3另外，我对焊接技术有了新的见解，我的焊接技术有了新的提高。4课程设计促进了我系人才培养计划的完善和课程设置的调整。近年来，我系为 适应学生的实践需要陆续增设与调整了一系列课程，受到同学的欢迎，其中这次的设计很受同学们的喜欢。课程设计达到了专业学习的预期目的。在两个星期的课程设计之后，我们 普 遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对电路板制作流程的了解， 进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内 进行更深入的学习。总之这次课程设计学会了，如何与同学交流和与同学的心得东西的互换。&元件清单NE5551个电容1OuF1个74LS482个固定电阻330Q14个74LS1922个固定电阻