篮球24秒为例计数器的设计

1、郑州科技学院数字电子技术课程设计题 目 篮球24秒计数器 学生姓名 * 专业班级 学 号 院 （系） 电气工程学院 指导教师 完成时间 201*年*月*日目 录1 课程设计的目的12 课程设计的任务与要求13 设计方案与论证24 设计原理及功能说明25 单元电路的设计3 5.1 各芯片的用法和功能3 5.1.1 74LS483 5.1.2 555定时器4 5.1.3 74LS1925 5.2 单元模块6 5.2.1 信号发生部分6 5.2.2 倒计时部分7 5.2.3 停止控制电路8 5.2.4 警报提示装置96 硬件的制作与调试107 总结10参考文献12附录1：总体电路原理图13附录2：元

2、器件清单141 课程设计的目的本课程设计的目的是篮球竞赛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，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

3、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。2 课程设计的任务与要求 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1s。2、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。4、计时器递减计数到“00”时，计时器跳回“24”停止工作，并给出声音和发光提示，即直流振荡器发出声响和发光二极管发光。3 设计方案与论证此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成

4、，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。4 设计原理及功能说明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

5、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。 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

6、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。十位显示个位显示译码驱动译码驱动控制电路计数器计数器报警电路秒脉冲发生器图4-1 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，通过停止控制电路使计数器停止计数并发出蜂鸣警报。5 单元电路的设计5.1 各芯片的用法和功能5.1.1 74LS4874LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线。端为测试端。在端接高电平的条件下，当时，无论输入端A、B、C、D为何值，a

7、g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，条件下，当输入A、B、C、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、B、C、D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。5.1.2 555定时

8、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： （公式5-1） （公式5-2） （公式5-3）当时， 把代入三要素方程。于是可解出: （公式5-4） （公式5-5） （公式5-6）当时，代入公式,

9、于是可解出：振荡周期T于是为了产生周期为1秒的脉冲，可以使、5.1.3 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CP+端，端接到下一级的CP-端即可。表 5-1 74192功能表： 操作×××1清零××00置数110加计数110减计数1110保持5.2 单元模块5.2.1 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定时器产生周期为1s的脉冲；当开关闭合时，电路不能输出信号，

10、于是没有脉冲输入74LS192中，故74LS192在保持状态，即实现暂停功能。如图5-1： 图5-1 信号发生电路5.2.2 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“24”倒计到“00”然后停止，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。

11、低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。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。 图5-2 24秒倒计时电路5.2.3 停止控制电路倒数计数器到零时，需要将电路转换到“24”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，用与非门把该状态转换成低电平（其余时间为高电平）控制。使电

12、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“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。如图5-3所示：图5-3 停止控制电路5.2.4 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“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。图5-4 警报提示电路6 硬件的制作与调试1、按照万能板的规格，设定好各集成芯片的

13、排放位置、测试各芯片是否与面板接触良好。2、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。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、整体综合连接，测试整体性能。7 总结在这个设计中，我学到了学习理论时学不到的东西，不但锻炼我的动手能力而且巩固我们所学的理论知识，这样实践与理论相结合就可以更快而有效地掌握知识。本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，

14、此次的课程设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争，同时在查找资料的过程中我也学到了许多新的知识。无论是在选择课题，还是选材、进行焊接，包括仿真调试，能让我感觉到我所学的知识有哪些用处，让我有种不一样的感受。还有在和同学协作过程中，我们团结合作，互帮互助，不仅增进同学间的友谊，而且使我对团队精神的积极性和重要性有了更加充分的理解。通过这次课题设计，提高了自己各方面的能力，例如对书本基础知识的掌握程度，对资料的查找方法，对自己知识面的扩展都有相应的提高，更加的熟悉了各种元器件的使用方法与其用途。并且知道了细节的重要性，一点点小的疏忽都有可能造成整个电路的失败，培养了我细心处事的能力，对于个人能力有很大的提高。同时，感谢老师对我的细心的指导，正是由于老师的细心的辅导和他提供给我们的参考资料，使得我的课程设计能够顺利的完成，同时在课程设计过程中，我们巩固和学习了我们的电子技术知识。本次实训增强了我们查阅资料的方法技巧，更是大大的提高了我们自学的能力，同时也增强了我们的动手能力。相信这对我以后的课程设计和毕业设计将会有很大的帮助。参考文献1阎石.数字电子技术基础（第五版）M.高等教育出版社,20062雷勇.电工电子技术实验M.成都：四川大学出版社,20023王毓银.数字电路逻辑设计M.北京:高等教育出版社