篮球竞赛24s计时器教材

1、电子课程设计篮球竞赛 24s 计时器学院：电子信息工程学院专业：姓名：学号：指导教师：2014年 12月目录一、设计任务与要求 3二、总体框图 3三、选择器件 4四、功能模块 10五、总体设计电路图 14六、硬件调试 1717七、心得与总结篮球竞赛 24s 计时器、设计任务与要求1、设计一个具有显示 24S 计时功能的篮球竞赛计时器。2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停 / 连续功能3、计时器为 24S 递减计时器，其时间间隔为 0.01 秒。4、计时器减计时到零时，发出报警信号。、基本原理与电路框图1. 电路框图十位显示篮球竞赛 24秒计时器的电路框图如图 2-1 所示。计

2、数器个位显示报警电路计数器秒脉冲触发器控制电路图 2-1 电路框图2. 基本原理(1) 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。(2) 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 振荡器构成。(3) 译码显示器是 DCD

3、_HEX 七段发光二极管。报警电路在实验中可用发 光 二极管和蜂鸣器组成。三 、选择器件1. 原件清单该设计所用的器件如表 3-1 所示。表 3-1 元器件清单序号用途型号数量1十进制计数器74LS1922片2多谐振荡器CM5551片3二输入或门74LS321片4二输入与门74LS081片5八输入或门1片6六输入或非门1个7数码管2个8灯泡1个9蜂鸣器1个10电阻、电容若干2. 元件介绍1)74LS19274LS192为可置数的同步十进制双时钟加减计数器， 如图 3-1 所示它具有上 升沿有效的加计数时钟端 UP 和减计数时钟端 DOWN ；该计数器具有异步清零 端，当清零信号 CLR 为高电

4、平时，实现清零功能；该计数器还有异步置数功能， 当置数信号 LOAD 为低电平时，实现预置数；当计数器加计数，且计数值为 9 时，进位端 CO 输出宽度等于加计数脉冲 UP的低电平脉冲；当计数器减计数，且计数值为 0 时，借位端 BO 输出宽度等于减计数脉冲 DONW 的低电平脉冲。 执行加数功能时，减计数端 DOWN 接高低电平，计数脉冲由 UP 端输入；执行 减数功能时，加数端 UP接高电平，计数脉冲由减数端 DOWN 输入。 74LS192 的管脚图如图 3-1 所示。 74LS192的功能表如表 3-2 所示。ABCABCQQQLOAD图 3-1 74LS192 的管脚图表 3-2 7

5、4LS192 功能表输入输出CRLDUPDOWNDCBAQDQCQBQA1*000000*abcdabcd011*加计数功能011*减计数功能（2）555定时器555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用 双极性工艺制作的称为 555。555 定时器的电源电压范围宽， 可在 4.5V16V 工作。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可 以实现本设计所需的单稳态触发器。它内部包括两个电压比较器，三个等 值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个 基准电压 VCC /3 和 2VCC /3 。 其逻辑框图555定时器的逻辑

6、框图如图 3-2 所示图 3-2 555 逻辑框图 内部原理结构555定时器的内部原理结构如图 3-3 所示。图 3-3 555 内部原理结构D 功能表在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器 A1、A2基准电压分别为 2VCC,1VCC 33 的情况下， 555时基电路的功能表如表 3-3 所示。表 3-3 555 时基电路的功能表清零端 RD高触发端 TH低触发端 TLQn+1放电管 T功能00导通直接清 零123VCC13VCC0导通置012VVCC3VCC31截止置11VCC31VCC3Qn不变保持（3）数码管 数码管按照其发光二极管的连接方式不同， 可分为共阳极和共阴极两种。 共 阴极

7、是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平，而阳极分别由a、b、c、d、e、f 输入信号驱动，当某个输入为高电平时，相应的发光二极管点亮； 共阳极数码管则相反， 它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平， 而阴极分 别由 a、b、c、d、e、 f 输入信号驱动，当某个输入为低电平时，相应的发光二 极管点亮。由于计数器输出的是 8421BCD 码，数码管不能直接显示成数字，为了让数 码管显示人们看懂的数字，就需要把计数器输出的 8421BCD 码转换成数码管显 示的阿拉伯数字，这就需要译码器的翻译。本设计采用 DCD_HEX 七段发光二极管译码显示器。 DCD_HEX 为共阴极 LED数码

8、管。显示器引脚从左到右依次为： 4,3,2,1。该显示包含了译码功能，所 以无需专门的译码器。 数码管的符号如图 3-4 所示。4)与门与门是实现“与”运算的门电路。与门的逻辑符号如图 3-5 所示，与门的功 能表如表 3-4 所示图 3-5 与门的逻辑符号表 3-4 与门的功能表输入输出ABY000010100111(5) 或门或门是实现逻辑“或”运算的逻辑电路。或门的电路图如图 3-6 所示，或门的功能表如表 3-5 所示图 3-6 或门的符号表 3-5 或门的功能表输入输出ABY0000111011116）或非门或非门实现或非逻辑。其符号如图 3-7 所示。图 3-7 或非门的符号其功能

9、表(真值表)如表 3-6 所示。表 3-6 或非门真值表输入输出ABY001010100110四 、功能模块1. 秒脉冲发生器用 555 集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器。原理与功能见 上页，公式如下： Tw1=0.7 (R2 +R1) C1 Tw2=0.7R1 C1。 振荡周期计算公式： T=0.7 (R2+2R1) C10.01s。秒脉冲发生器的电路图如图 4-1 所示。图 4-1 秒脉冲发生器2. 24S倒计时电路根据设计要求实现二十四进制递减，所以该电路需要使用两个十进制同 步 减法计数，因此使用 2 个 74LS192 芯片级联来实现技术功能；又因为该计数器 是 24 进制

10、循环，所以还使用了 8 输入或门。74LS192 级联是把两个置数段相连，因为要求是递减的 24 进制，所以把 up 端接在电源处，把第一个芯片的减计数脉冲 DOWN 与第二个芯片的借位端 BO 相连；另一要求是 24进制循环，因此还需要使用 8 输入或门来实现，当两个芯 片计数到“ 00”时，8输入或门输出“ 0”送给置数端，使芯片又显示成“ 24”,24 秒倒计时电路的电路图如图 4-2 所示。图 4-2 24s 倒计时电路3. 控制开关的设计在本次设计中，由于设计的要求，要实现计数器的暂停、置数和回秒控制，所以需要设计三个开关来控制电路（1）置数开关、清零开关该设计要求 24 进制递减且

11、循环具有置数、清零的作用，因此需要加入与门 和或门。将 8 输入或门的输出端连接在与门的一端， 与门的另一端接在置数开关 之前；将或门的一端接在与门的输出端， 或门另一端接在清零开关之后， 其输出 端接在两个芯片的置数端 LOAD 相连处。电路如图 4-3 所示。U4CDHEXX1DCD_HEX2.5 V4343U9VCC5VAQBQ CQDQAB CD5NPUDOWRLCDAOL10kOhm 5K%ey = 2R1J121NOR6V1100 Hz5 VNWOD PU RLC DAOLAB CDU274LS192DJ2Key = 1U8U3图 4-3 置数、清零开关电路图3）控制开关因为 55

12、5产生秒脉冲全靠给 C2 充放电产生，所以只需中断 C2的充放电即 可，所以在 C2 的另一端用一个开关控制接地，这就形成了暂停 /连续开关，暂停 开关的电路图如图 4-4 所示。4. 报警电路当数码管显示 00 的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。报警 电路如图 4-5 所示。五、总体设计电路图根据设计要求用 555 集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器。 实现 二十四进制递减，所以该电路需要使用两个十进制同 步减法计数，因此使用 2 个 74LS192 芯片级联来实现技术功能；又因为该计数器是 24 进制循环，所以还使用了 8输入或门。要实现计数器的暂停、 置数和回秒控制，

13、 所以需要设计三个 开关来控制电路。当数码管显示 00 的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。篮球竞赛24 秒计时器是的总体电路如图 5-1 所示VCC5VU4U343DCD_DCD_D_HEXU9U174LS192DU5OR8NOR6X1QQQQU274LS192DNWODPU RLDAOLABCDADNABC D LAOLCR PUDOW 5 0 1 4VCC5VR110kOhm K5%eyJ2R210kOhm_5%R32.2kOhm_5%VCCRSTOUTDISTHRTRICONGND476258U103C11.0uFC2 1 LM555CM1.0uF图 5-1 篮球竞赛 24

14、秒计时器总体电路1. 计时预备阶段，开始仿该设计是篮球球竞赛 24 秒计时器，所以要求是 24 进制递减计数真时，置数、清零、暂停 3 个开关全都处于断开状态，数码管显示的是 24。电 路如图 5-2 所示。图 5-2 计时具备阶段电路2. 计时阶段电路开始计时的电路图如图 5-3 所示。图 5-3 电路计时阶段的电路3. 暂停电路所示。图 5-5 报警电路在电路运行的状态下， 按下开关 3使暂停开关接通， 计数停止，电路如图 5-4图 5-4 暂停电路4. 电路报警在电路运行的状态下，电路持续递减直到数码管显示为“ 00”时，电路发生报警，灯 x1 亮，电路如图 5-5 所示六、硬件调试实验

15、室里没有足够的元器件， 所以有些元件需要筛减并对主要电路进行了硬 件操作验证。我只做了一个 74LS192异步置数从 9递减到0是把借位端 BO和非 门相连，之后非门输出和置数端 LOWN相连；把清零端 CLR 接在开关上；因为实 验室没有四输入或非门，因此可用或门和非门来替代，输出端 Y 接在 LED 上。开关 S1 接高电平显示器显示 0，接低电平正常工作。显示器显示 0 输出端 Y 输出 1，LED 灯亮，其他情况则不亮。七、设计心得与总结这次的课程设计我学到了好多，通过 Multisim 软件，可以很方便的实现计 算机仿真和虚拟实验，与传统的实验方法相比，通过 Multisim 仿真可实现设计 与实验可以同步进行， 且修改电路容易， 连线直观。 但是在调试的过程中也遇到 了很多麻烦，浪费了很多时间， 有的是电路图设计的不对， 有的是因为对逻辑电 路的理解不到位， 所以在修改的过程中困难也是不小的。 在这期间， 我查了很多 资料，有的器件在理论上可行， 但是在实际运行的过程中确是不可以的， 因此我 有时得不到仿真的结果