篮球竞赛秒计时器设计简洁版

1、数字电子技术课程设计说明书篮球竞赛 24 秒计时器设计系 、 部：电气与信息工程学院学生姓名：杨浩明指导教师：邹彬专业：电气信息班级：电自 1102完成时间：2013-12-7数字电子技术课程设计设计题目篮球比赛 24 秒倒计时器的设计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

2、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。课程论文要求目录第 1章电路方案的选择及电路框图 .51.1设计方案 .51.2电路框图 .5第 2章设计思路及其工作原理的介绍 .62.1设计思路 .62.2基本原理 .6第 3章单元电路的设计 .82数字电子技术课程设计3.1 24 进制计数器的设计83.2 数码显示电路的设计93.3 秒脉冲的设计113.4 控制开关电路的设计113.5 报警电路的设计123.6 整机工作原理12第 4 章 电路仿真144.1 计时预备阶段154.2 计时阶段114.3 暂停 连续功能的实现124.4 电路报警11第 5 章

3、 故障分析与电路改进206.1 故障的分析和解决206.2 电路的改进 .20结束语2第 1 章 电路方案的选择及电路框图1.1 设计方案方案：采用计数器 74LS192作为核心部分。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，两个七段数码显示管进行显示。采用 555 计时器制成的多谐振荡器， 进行秒脉冲的输入。 因为我们需要对其进行暂停、清零、报警等控制， 所以我们使用了两个开关来控制计数器的各功能的实现， 从而实现各种功能。1.2 电路框图24 秒倒计时计时器的方案框图如图 1-1 所示。它是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、 报警电路和控制电路等五

4、个部分组成。 其中计数器和控制电3数字电子技术课程设计路是系统的主要部分。计数器完成 24 秒计时功能，控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停 / 连续计数功能，译码显示电路完成数字显示功能，报警电路产生光电报警功能。 秒脉冲发生器产生时钟脉冲信号， 这个信号作为电路的定时标准，其电路可采用 555 集成电路或由 TTL 与非门组成的多谐振荡其构成。秒脉冲发生器计数器译码显示控制电路报警电路图 1-1 24秒计时器系统设计框图控制电路手动置数计数器， 译码显示电路出现显示， 秒脉冲发生器产生秒脉冲刺激计数器递减，随之译码显示电路递减。暂停/ 连续时，控制电路控制秒脉冲发生器暂停 / 连续

5、秒第 2 章 设计思路及其工作原理的介绍2.1 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， 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

6、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数字电子技术课程设计2.2 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

7、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

8、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。第 3 章 单元电路的设计3.1 24 进制计数器的设计计数器选用集成电路 74LS192 进行设计较为简便， 74LS192 是十进制可编程同步加法计数器，它采用 8421 码十进制编码，并具有直接清零、置数、加减计数功能。图 3-1 是 74LS192 引脚排列。图中 CU、CD 分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效） 。PL 是异步并行置数控制端 （低电平有效），TCU 和 TCD 是进位、借位输出端（低电平有

9、效），MR 是异步清零端， P3-P0 是并行数据输入端， Q3-Q0 是输出端。5数字电子技术课程设计图 3-1 74LS192 的引脚排列74LS192 的功能表见表 3-1 所示。表 3-1 74LS192 功能表输入输出MRCUCDP0P1P2P3Q0Q1Q2Q31××××× × ×000000××abcdabcd011××××加计数011××××减计数当 PL=1，MR=0 时，若时钟脉冲加到端CU，且 CD =1

10、则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9 时，TCU 端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到 CD 端，且 CU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到 0 时， TCD 端发出借位下跳变脉冲。由 74LS192 构成的二十四进制递减计数器如下图3-2 所示。6数字电子技术课程设计图 3-2 8421BCD 二十四递减计数器其预置数为 N=（ 00100100）= (24)10。在 CD 端的输入时钟脉冲作用下，开始递减。只有当低位 TCD 端发出借位脉冲时 , 高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零 , 完成一个计数周期，然后手动置数 PL=0, 计数器完成

11、置数 ,再次进入下一循环减计数。3.2 数码显示电路的设计根据设计的要求采用 74LS48 译码器来驱动共阴极数码显示管。 74LS48 芯片是一种常用的七段数码管驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中。74LS48 和共阴极七段 LED 显示器如图 3-3 连接。这样连接 74LS48 可直接驱动共阴极 LED 数码管而不需像 CC4511 外接限流电阻。7数字电子技术课程设计图 3-3显示电路74LS48 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。 LT为测试端，低电平有效，当 LT=0 时，无论输入端 A 、B、 C、 D 为何值，

12、 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，且译码输入为时，器件。 RBI 为灭零输入端 ,低电平有效。在 LT=1RBI0=0该位输出不显示，即 0 字被熄灭。但当译码输入不全为0 时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。 BIRBI是一个特殊的端口，有时作用于输入，有时作用于输出，在这里不多做介绍。74LS48 功能表见表 3-2。表 3-2 74LS48 的功能表输入输出数字ABCDBI/RBOabcdefg字形LTRBI011000011111110011X100011100000121X010011101101231X110011111001341X0

13、01010110011451X101011011011561X011011011111671X111011110000781X000111111111891X1001111110119消隐XXXXXX00000000脉冲消隐100000000000008灯测试0XXXXX11111111七短数码管的引脚图如图 3-4 所示，在使用时要注意是共阳还是共阴， 其中 3 脚和 8 脚相连为公共端，因为此次设计是使用的共阴极数码管，所以在电路中接地， 6 脚为小数点引脚，在设计中没要求不需要对其处理。8数字电子技术课程设计图 3-4七短数码显示管的引脚图3.3 秒脉冲的设计根据设计要求，电路需要产生间

14、隔为一秒的时间脉冲，完成正确的计数功能。所以选择 NE555 定时器来设计此电路。从而产生标准的秒脉冲。NE555 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。 它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。9数字电子技术课程设计引脚功能：TH ：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，TR低电平触发端，简称低触发端，CVO：控制电压端， OUT：输出端。 DIS：放电端，RES：复位端。工作原理见

15、表3-3表 3-3 555定时器控制功能表输入输出THTRRESOUTDIS××LL导通21HH截止<3 VCC<3 VCC2>错误！未指H不变不变<3 VCC1定书签。3 VCC2×HL导通>3VCC用 555 集成电路组成多谐振荡电路为系统提供脉冲，如图3-5 所示。R1、 R2 和 C1 为外接定时元件，高、低电平触发输入端项链并接到定时电容 C1 上，R1 和 R2 的节点与放电端相连， 电压控制端不用， 通常接 0.01uF 电容C2。1接通电源后， V CC 通过 R1，R2 对 C1 充电， DIS 上升。开始时 DIS

16、< 3 V CC，2 1即高电平触发端 TH<3V CC，低电平触发 TR<3 V CC，定时器置位，放电管截止。22随后 DIS 越充越高，当DIS>3 V CC，高电平触发端TH>3 V CC ，低电平触发端11TR>3 V CC，定时器复位，放电管饱和导通， C1 通过 R5放电，DIS 下降。当 DIS< 32VCC 时，又回到高电平触发端TH< 3 V CC，定时器又置位，放电管截止， C1 停止放电而重新充电。如此反复，形成振荡波形提供脉冲。公式： Tw1=0.7 (R2 +R5) C1Tw2=0.7R2 C1振荡周期计算公式： T=

17、0.7 (R2 +2R5) C11s10数字电子技术课程设计图 3-53.4 控制开关电路的设计在本次设计中需实现计数器的暂停、复位和启动控制， 为了简单，我们只需用一个开关来控制启动和复位功能。启动复位开关和74192 的 11 脚相连即可。在这里，主要介绍暂停 /连续开关的设计， 因为 555 产生秒脉冲全靠给 C1 充放电产生，所以只需中断 C1 的充放电即可，所以在 C1 的另一端用一个开关控制接地，这就形成了暂停 /连续开关。11数字电子技术课程设计3.5报警电路的设计根据设计要求，要产生声光报警新号， 我们采用 5 个或门组成一个选择电路，一个发光二极管产生光亮，喇叭产生报警。如图

18、3-6 所示图 3-6 报警电路设计或门 OR1 的输入与高位 74LS192 的低两位输出端相连， OR2、OR3 与低位74LS192输出端相连。当输出端全部为低电平时 OR5的输出才为低电平，此时导通发光二极管和喇叭，产生光电报警信号。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。由附录1 可见图中有 SW2和 SW3两个开关， SW2为置数， SW3为暂停。 SW2闭合， 74LS192被置数，显示电路出现数字 24。完成置数后断开 SW2，启动计

19、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12数字电子技术课程设计的同时， 74LS192的 8 个输出端也随之产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 74LS192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，从而触发发光二极管和蜂鸣器，产生亮光和警报声，达到了光电报警的。13数字电子技术课程设计第 4章电路仿真本次设计采用的是

20、protues 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系统、SPICE模拟电路、数字电路及MCU器件混合仿真系统和 PCB设计系统功能。 其不仅可以仿真传统的电路分析实验、模拟电子线路实验、数字电路实验等，而且可以仿真嵌入式系统的实验。Proteus 提供了大量的元件库 v 拜拜吧，有 RAM、 ROM、键盘、马达、 LED、LCD、AD/DA、部分 SPI器件、部分 IIC 器件等。在编译方面，它也支持Keil和 MPLAB等多种编译器。现在我们用 Proteus进行仿真，仿真结果如下4.1. 计时预备阶段如图4-1图 4-1计时预备阶段14数字电子技术课程设计闭

21、合 SW2，断开 SW3启动仿真软件，此时 74LS192开始工作，高位 74LS192 输入 0010，低位 74LS192输入 0100，通过 74LS48译码，数码管显示出了 24 秒的字样，进入计时预备阶段。4.2. 计时阶段如图4-2图 4-2计时阶段断开 SW2进入计时阶段，由 555 产生秒脉冲，从 Q 端传送到低位 74LS192 的 DN端。个位数码管从 4 开始递减，当个位递减 0 时又通过低位 74LS192的 TCD端传送到高位 74LS192 的 DN端，十位的数字减 1。如此周而复始的循环形成倒计时。15数字电子技术课程设计4.3. 暂停 连续功能的实现如图4-3图

22、 4-3暂停 / 连续功能实现在计时阶段中，由SW3来控制暂停 / 连续 , 闭合 SW3，555 秒脉冲暂停，低位74LS192停止工作，数码管递减停止，反之又闭合SW3,555秒脉冲继续进行，低位 74LS192继续工作，数码管重新开始递减，又进入计时。16数字电子技术课程设计4.4. 电路报警如图4-4图 4-4电路报警计数到零时高位和低位 74LS192的八个输出端为低电平， 传输到或门组成的选择电路。因为全部为低电平所以或门的最后输出为低电平， 于是 LED灯、蜂鸣器导通，产生光电报警信号第 6章故障分析与电路改进6.1故障的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17数字电子技术课程设计视，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