篮球秒计数器

1、郑州科技学院数字电子技术课程设计题 目 篮球24秒计时器 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师 完成时间 目 录摘 要1第1章 设计任务及基本要求.21.1设计任务21.2基本要求2第2章 电路框图及工作原理22.1电路框图22.2 设计方案3第3章各单元电路的设计33.1 24进制计数器的设计33.2数码显示电路的设计43.3秒脉冲的设计63.4各控制开关的设计73.5报警电路的设计93.6整机工作原理9第4章 电路仿真10第5章5硬件的制作与调试.,115.1电烙铁的使用.115.2调试方法.125.3调试结果.125.4调试中故障及解决办法.13结论15参考文献16附录一 篮

2、球竞赛24秒计时器总电路原理图17附录二 原器件清单表181摘要数字电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识与实践能力相结合的重要环节，是真正锻炼学生能力的环节。为今后进行复杂的综合型电子系统的设计和调试打下基础。 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。 本设计主要能完成：电路具有24秒时间显示功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的置数、启动/连续和暂停功能；计数过程中，无论处于何种状态，

3、当按下置数键时，计数重新开始；计时器为递减计时，其计时间隔为1秒；当计时器递减计时到零时，显示器显示00，同时发出CP同步闪烁报警信号等。整个电路的设计借助于Mulitism仿真软件以及数字电路相关理论知识，得到了预期的结果。关键词：24秒计数 报警 清零 暂停1设计任务及要求 1.1设计任务本设计主要能完成：在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球24秒计时器”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，它就自动报警从而判定此球员的犯规。1.2基本要求 1 电路具有时间显示功能；2 要求电路为24秒递减计时，每隔1

4、秒钟，计时器减1；3 要有外部开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续计时功能；4 当计时器倒计时为零时，即定时时间倒，显示为零，同时发出光信号报警。5 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。2 电路框图及工作原理2.1电路框图24秒计时器的总体参考方案框图如图2-1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、定时时间到启动报警等功能。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但是设

5、计对此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路组成的多谐振荡器构成。译码显示电路由74LS48D(译码器)和共阴极七段LED显示器组成。报警电路在试验中可用发光二极管组成。秒脉冲发生器计数器译码显示控制电路报警电路外部操作开关图2-1 24秒计时器系统设计框图2.2设计方案本设计中， 24进制计数器是整个电路的核心部分，我们选择74LS192进行24进制同步减法计数。同时选择74LS48作为BCD码译码器来对7段数码显示管进行译码驱动，选择两个七段数码显示管进行显示。根据设计要求，本课程设计采用555计时器制成的多谐振荡器，对24进制计数器进行秒脉冲的输入。在本设计中，因为我们需要对其进行

6、暂停、清零、报警等控制，所以我们使用了三个开关来控制计数器的各功能的实现，同时为了实现LED灯的正常报警，我们同时选用555计时器实现高频率脉冲输入。从而实现了各种功能的。3 单元电路的设计 3.1 24进制计数器的设计根据设计要求，本设计需要实现24进制递减功能，所以本设计采用十进制同步减法计数，因此使用2片74LS192集成芯片来实现计数功能。十进制可逆计数器74LS192引脚排列及逻辑符号如图3-1-1（a）、（b）所示，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。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

7、，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下图3-1-2所示：（a）引脚排列 (b) 逻辑符号图3-1-1 74LS192的引脚排列及逻辑符号              输入     输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01× × ×××××00000 0× ×dcbadcba0 

8、11××××加计数0 1 1××××减计数 图3-1-2 74LS192的功能表在本次设计中，因为我们要实现24进制计数功能，所以我们首先应该对计数器进行置数，由于（24）10=（00100100）8421BCD所以要先对74LS192D两芯片进行置数，令第一块集成块的置数端Q3Q2Q1Q0=0010，令第二块的为Q3Q2Q1Q0=0100。把 第二块芯片的借位端 与第一块芯片的脉冲输入端相连，从而进行实现借位功能。3.2 数码显示电路的设计在本设计中，根据设计的要求，我使用74LS4

9、8D译码器来驱动共阴极数码显示管， 74LS48D芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中，下面是74LS48D芯片的一些参数与应用技术等资料。74LS48D的引脚图和功能表分别如图3-2-1。图3-2-1 <74LS48D引脚图>表3-2-2 74LS48的功能表输入输出字形数字LTRBID C B ABI/RBOa b c d e f g012345678911111111111XXXXXXXXX0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11111

10、1111111 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10123456789消隐脉冲消隐灯测试X10X0XXXXX0 0 0 0XXXX0010 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 18七短数码显示管的引脚图如图3-2-3所示，其中3脚和8脚相连为公共端，在电路中接地，6脚为小数点引脚，设计中不需要对其处理。图3-2-3七短数码显示管的引脚图3.

11、3 秒脉冲的设计根据设计要求，本电路需要产生间隔为一秒的时间脉冲，完成正确的计数功能。所以选择555定时器来设计此模块。从而产生标准的秒脉冲。1器件特性555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。2自激多谐振荡器图3-3-1所示为自激多谐振荡器电路和波形图。自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号。电路采用电阻、电容组成RC定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节RW或电容C，可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出。脉冲宽度计算公式：

12、Tw1=0.7 (R1 +R2) C Tw2=0.7R2 C振荡周期计算公式：T=0.7 (R1 +2R2) C1s图3-3-1分析方法与单稳态电路相似，但电容器C的充电电阻是R1 +R2 ，放电电阻是R2 。当VC是低电平时，555定时器低触发，VO为高电平，放电管T截止，电容器经（R1 +R2）充电，当充电至VC=VTH>VCC时，电路高触发，输出VO变为低电平，放电管T导通，电容器经R2放电，当放电至VC=VTR<VCC时，电路又进入低触发，VO变为高电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。3.4 控制开关电路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、复

13、位和启动控制，所以需要设计三个开关来控制电路.暂停电路的设计 对于暂停连续开关，可以通过控制时钟脉冲的输入来达到暂停功能的控制，设计一个单刀双掷开关，一端接地，将之连接到一个三输入与门。 ：与单刀双掷开关相连 ：与第二片74LS192D的TCD端相连 :与555脉冲器相连清零电路的设计清零电路只需将两块芯片的MR端连接起来并接上一个开关即可。置数电路的设计 置数电路只需将两块芯片的PL端连接起来并接上一个开关即可。防抖动电路的设计 实际使用时开关会有抖动现象，所以我用基本RS触发器来设计暂停开关相连，用来消除抖动。基本RS触发器如图2.3.9为由两个与非门交叉耦合构成的基本RS触发器，它是无时

14、钟控制低电平直接触发的触发器。基本RS触发器具有置“0”、置“1”和保持三种功能。通常称为置“1”端，因为 =0时触发器被置“1”；为置“0”端，因为=0时触发器被置“0”。当=1时状态保持，当=0时为不定状态，应当避免这种状态。 图3-4-2 二与非门组成的基本RS触发器（a）逻辑图 (b) 逻辑符号基本RS触发器的逻辑符号见图3-4-2 (b)，二输入端的边框外侧都画有小圆圈，这是因为置1与置0都是低电平有效。输入74LS192D的时钟脉冲由下图2.3.10所示电路输出接到74LS192D的CPD脚。还有一端输入由借位信号输入。3.5 报警电路的设计根据实验设计要求，我设计了光报警的方式，

15、只有当计时器的输出端都为0的时候，报警电路的输出才为1，会驱动LED灯发生报警。电路图如下所示。3.6整机工作原理篮球竞赛24秒计时器主要是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路组成。控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。SW1闭合，74LS192被置数，显示电路出现数字24。完成置数后断开SW1，启动计时。若此时秒脉冲电路的SW3为断开，则产生连续秒脉信号输入到计数器，数码管上的数字就会自动减1，闭合SW3，秒脉冲暂停，计数递减暂停，断开SW3又恢复计数递减，这就实现了暂停/连续功能。在计数递减的同时，74LS192D的8个输出端也随之产

16、生高低电平变化来控制报警电路5个或门的高低电平的变化。由附录1可见，5个或门的排列必须当74LS192D的8个输出全为低电平时，换而言之，就是计数到零时，或门最后一个输出的才是低电平，从而触发发光，产生亮光，达到了光电报警的。4 电路仿真本次设计采用的是Multisim软件仿真，它是一种功能强大的电子设计自动化软件，提供智能原理图设计功能。现在我们用Multisim进行仿真，仿真结果如下1. 计时预备阶段如图2.计时阶段如图5硬件的制作与调试由于电子电路设计要考虑很多因素，加之元器件性能的分散，以及许多人为因素的影响，一个组装好的电子电路不可能不经过调试即可满足要求。任何电子电路都必须经过认真

17、细致的调试，才能获得满意的性能要求。在这个过程中用的最重要的仪器就是万用表和电源。5.1电烙铁的使用 1、焊接的注意事项良好的焊接是实验成功的重要保证；反过来说，焊接不良，往往会使实验失败，甚至损毁元器件。虽然焊接技术并不复杂，但如果认为它操作简单而掉以轻心，也会造成种种不良后果。所以应注意以下几点： （1）电烙铁焊接电压比较器的时候，一定要等电烙铁加热后，拔掉电源插头，用电烙铁的余热焊。否则，温度过高的焊接，会烫坏。 （2）焊接蜂鸣器、发光二极管的时候，一定要将连接电源正、负极的导线分别焊接在扬声器标有“”、“”符号的一端。 （3）烙铁使用日久后，烙铁头容易被“烧死”，即在表面出现一层黑色氧

18、化物，而且变得凹凸不平。“烧死”的烙铁头很难熔化和沾取焊锡，需用锉刀将它重新挫亮。尽量使用市场上出售的空心焊锡丝，它是将焊锡做成直径24毫米的细管状，在管内装进松香粉。使用这种焊锡丝，能保护烙铁头不易被“烧死”。 （4）使用电烙铁一定要注意安全，使用前用万用表测一下电烙铁电源插头两端的电阻是否为正常值。正常时20瓦烙铁的电阻约2000欧，45瓦的为1000欧，75瓦的为600欧，100瓦的约500欧。电源插头与电烙铁外壳、烙铁头之间的电阻应接近无穷大，否则说明这把电烙铁漏电，不能使用。 2、电路的连接在连接电路的时候，要严格按照电路图连接电路，也要注意烙铁与电路板接触的时间，不要烧坏电路板。并

19、在联好电路以后进行测量。即使发现问题与改正。5.2调试方法电子电路调试方法有两种：分块调试和整体调试（1）分块调试法分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，对每个模块分别进行调试。模块调试的顺序最好按信号的流向，一块一块进行，逐步扩大调试范围，最后完成总调。实施分块调试有两种方法一种边安装边调试；另一种是总体电路一次组装完毕后再分块调试。分块调试的优点：问题出现范围小，可及时发现，易于解决。（2）整体调试此种方法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。5.3调试步骤（1）检查电路对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或与地短接，然后检查各芯片是否安装牢固，最后对照电路图认

20、真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出现多接线的现象。（2）接通电源观察在检查电路无误后，接通电源，如果出现异常现象立即关闭电源，观察各个单元电路是否能够正常工作，找出出错的单元电路，如果有错，则用万用表对各个电路逐个检查，直至查出错误，并加以改正。（3）对各个功能电路的检测闭合工作开关，观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。调试结束后观察调试后的结果是否符合设计要求。5.3调试结果接通电源后，第一次的调试的结果是，置数不是24并且不能计数。我们根据可以正常工作的部分来进行分析，一步一步的检查，分析哪部分的设计是没有问题的，然后根据出问题的部分再进行分析，然后继续调试，最终得到了正确的电路

21、。最后调试到各部分电路。5.4调试中故障及解决办法由于电路中的芯片、插线、面包板的质量、接触等都存在一定的问题，故调试中出现问题是不可避免的。在调试的过程中，发现低位数码管不能置数，并且不能计数，置数为36，逐个单元电路检查线路后发现弄反了高低输入端，改正后发现并不能计数，经过线路检查并没有发现线路有问题，查找资料后发现电路中所用的74LS00D三输入与非门,必须要接一个上拉电阻，接上一个适当的电路后电路能够正常工作，并且能实现电路所要求的所有功能。经过检测电路出现了一点故障，但是经过耐心检查，电路能实现所要求所有功能，实验比较成功。 调试后的结果如图所示 结 论一周紧张的课程设计就这样结束了

22、，在这一周紧张的时间里我自己动手制作了一个应用比较广泛的电子产品-蓝球24秒计时器。在这一周里我们从搜集资料到完成实作一直都处于兴奋状态，其中我们也遇到了一些难题。比如仿真过程中我们开始一直不能仿真成功通过老师的指导我们才完成仿真，在实际焊接中由于操作的原因我们把集成芯片烧坏，从中我也学习到了很多东西。 这次课程设计使我有了一次通过理论联系实际，来解决实际问题的经历，它培养了自己分析问题，解决问题的能力，以及上网检索信息的能力。其实学到的知识其实是次要的，重要的是我们探索知识的过程，这个过程便是一个人自主学习能力的体现，它将影响着我今后的发展。 这次的课程设计也激发了我对电子设计的兴趣。曾经我对我们信息工程专业是一片迷茫，但是通过这次课程设计，通过亲自制作电子小作品以及写总结报告时在网上看到的各种各样有关电子方面的小文章，我似乎隐约了解了一些电子专业的未来的发展方向。这种感悟，这种兴趣的来源只靠平时上课老师的说教是肯定不可能领悟到的。 总之在这一周的设计到完成作品有苦有累，但我们坚持下来了并且从中学习到了很多在课本上和课堂上学习不到的东西。此次数字电子课程设计也增强了我们实际动手能力，我感觉这次课程设计很成功。这是我大学期间的第一次课程设计