篮球竞赛24s计时器

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 -17七、心得与总结 -17篮球竞赛 24s 计时器一 、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。二 、基本原理与电路框图电路框图篮球竞赛 24 秒计时器的电路框图如图十

2、位个位2-1 所示。报警计数计数秒脉冲触控制图 2-1电路框图基本原理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 集成电路或由译码显示器是 DCD_HEX 七段发光二极管。报警电路在实验中可用

3、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74LS1922 片数器2多谐振荡CM5551 片器3二输入或74LS321 片门4二输入与74LS081 片门5八输入或1 片门6六输入或1 个非门7数码管2 个8灯泡1 个9蜂鸣器1 个10电阻、电若干容元件介绍（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 为高电平时，实现清零功能；该计数器还有异步

4、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。U115AQA312BQB106CQC97DQD11LOADBO131412CLRCO5UP4DOWN74LS

5、192D图 3-174LS192 的管脚图表 3-2 74LS192 功能表输入输出CLUDDCBAQQQQR DPOWNDCBA1*000000*abcdabcd011*加计数功能011*减计数功能（2）555 定时器定时器是一种模 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

6、电压 VCC/3 和2VCC /3 。 其逻辑框图555 定时器的逻辑框图如图 3-2 所示。图 3-2 555 逻辑框图内部原理 结构1234555 定时器的内部原理 结构如图 3-3 所示。VCCRD84D5KVC+R&Q1THV1 -A 1Q365KTL+&QV2-A22SC5KD7TVSS图 3-3 555 内部原理 结构B 功能表在 1 脚接地，5 脚未外接 电压，两个比较器 A1、A 2 基准电压分别A为 2 VCC , 1 VCC 的情况下，555 时基电路的功能表如表3-3 所示。33表 3-3555 时基电路的功能表清高触低触Q 放功零端 RD发端 TH发端 TLn+1电管

7、T能0111导直0通接清零21VCC导置VCC303通02VCC1VCC截置133止12 VCCQ不保1 VCC33n变持（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

8、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。图 3-4数码管的逻辑符号（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ABY000(5) 或0门10或门是实现逻辑“或”运算的

9、逻辑电 路。或门的电路图如图1003-6 所示，或门的111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ABY000（6）或非0门或非1门实现或非逻辑。1其符号如图 3-7 所示。U1101111NOR6图 3-7 或非门的符号其功能表（真值表）如表3-6 所示。表 3-6 或非门真值表输入输出ABY001010四 、功能模块1001. 秒脉110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) C1Tw2=0.7R1 C1。 振荡周期计算公式：T=0.7 (R2+2R1) C10.

10、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

11、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。U3U4DCD_HEXDCD_HEX4321X12.5 V4321U

12、9NOR6U8200 Hz3 2 673 2U51 1OR8AB CDO OQQ QQB C U1DN74LS192DAO RWAB CDL LP O CU D5091 45 41 1 11 1U6OR2R1J110kOhm_5%Key = 2U7AND2J2Key = 132673 21 1ABCDOOQQQQB C DNAORWP OABCDL L CU D501 45 411191 1U274LS192DV1HzVVCC5V图 4-3置数、清零开关电路图（3）控制开关因为 555 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

13、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。图 4-4暂停开关电路图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。图 4-5报警电路图五、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，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

14、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。U3DCD_HEX4321U4DCD_HEX4321X12.5 VU9U8200 HzNOR632673 2U51 1OR8ABCDOOQQQQB C U1DN74LS192DAORWABCDL LP O CU D501 45 411191 1U6OR2R1J110kOhm_5%Key = 2VCC5VU7AND2J2Key = 132 673 21 1A BCDO OQ QQQB C U2DN74LS192DAWO RA BCDL LP O CU D501 45 411 191 1VCC5VR210kO

15、hm_5%8U10VCC4RSTOUT 37DISR36THR2.2kOhm_5%2TRIJ35CONKey = 3GNDC21LM555CMC11.0uF1.0uF图 5-1 篮球竞赛 24 秒计时器总体电路计时预备阶 段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，开始仿真时，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暂停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 所示。图

16、5-4暂停电路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。图 5-5报警电路六、硬件调试实验室里没有足 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