篮球比赛计时器Word文档格式.docx
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四、功能模块……………………………………………………………6
五、总体设计电路图……………………………………………………14
六、实验结果及分析……………………………………………………15
七、心得体会……………………………………………………………16
八、参考文献……………………………………………………………16
篮球比赛计时器的设计
一、课程设计任务与要求
1、任务：
设计一个12分00秒篮球比赛倒计数定时器
2、要求：
1.篮球比赛全场时间为48分钟，共分为4节，每节12分钟，要求开机自动置节计数器为第“1”节，节计数器为“12分00秒”。
2.用数字显示篮球比赛当时节数及每节时间的倒计时，计数器由分秒计数器完成，秒计数器为模60，分计数器应能计满12分钟。
3.能随时用钮子开关控制比赛的启动/停止，启动后开始比赛，停止期间不计时，重新启动后继续计时。
4．每节比赛时间结束时，能以音响自动提示并暂停计时，同时节数
自动加1。
5．秒信号不必考虑时间精度，可利用实验仪上所提供的连续脉冲（方波）。
二、总体框图
本设计主要由四大模块电路构成：
计数器、显示器、音响电路、控制电路。
计数器功能是用两个可预置数减法计数器组成，实现从60秒递减到0秒，该计数器可以由两块MSI计数器构成，一块十进制，一块六进制，组合起来就构成六十进制计数器，这里用的是两片74LS192；
分计数也是用两片74LS192构成的十二进制减法计数器，实现从12分递减到00分；
节计数是用74LS192构成的加法计数器，实现从第一节到第四节的计数。
仿真和硬件操作中都可以直接接七段数码显示译码器。
仿真和硬件操作中没有音响,所以用发光二极管代替。
控制电路实现的功能有启动，暂停/连续，译码显示电路的显示，灭灯。
控制器随着计数器计数的状态发生改变，计时期间，用电器开关断开，当计时完毕时，用电器开关闭合。
图1为计时器的总体参考方案框图，
图1篮球比赛计时器的原理框图
计数器：
对时钟信号进行记数并减位,秒和秒之间10进制,秒和分之间60进制;
即一个六十进制减法器、一个十二进制减法器、一个四进制加法的计数器。
显示器：
采用5片LED显示器把各位的数值显示出来，是计数器最终的输出，有节数、分和秒；
控制器：
控制电路是对计数器的工作状态（记时开始/暂停/继续/复位等）进行控制的单元，可由触发器和开关组成。
本实验中，我主要设计的是分、秒和节的计数，即课程设计要求中的1、2两点，实现计数器和显示器；
并设计开机和节结束置数的控制器来实现计数器的置数和减计数。
三、选择器件
1、计数器件
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
下面介绍74LS192的引脚图和74LS192的功能表。
◆
CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。
◆LD为预置输入控制端，异步预置。
◆CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
◆CO为进位输出：
1001状态后负脉冲输出，
◆BO为借位输出：
0000状态后负脉冲输出。
图274LS192引脚图
可以根据74LS192的引脚图来实现硬件连接，图2中P0、P1、P2、P3分别为D0、D1、D2、D3，可以通过LD=0，给这四个引脚接高电平或低电平来实现置数，Q0、Q1、Q2、Q3为74LS192的输出端，可以直接接七段数码显示译码器。
PL为LD引脚，接0时置数，用做加计数或减计数时，必须接1。
MR为CR引脚，当接一时，实现清零。
TCU为CO，是进位输出端。
TCD为BO，是借位输出端。
CR
LD
CPU
CPD
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
D
C
B
A
O
↑
加计数
减计数
表174LS192功能表
根据表1中74LS192的功能表，当LD=1，CR=0，CPD=1时，如果有时钟脉冲加到CPU端，则计数器在预置数的基础上进行加法计数，当计到9（1001）时，CO端输出进位下降沿跳变脉冲；
当LD=1，CR=0，CPU=1时，如果有时钟脉冲加到CPD端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当计到0（0000）时，BO端输出借位下降沿跳变脉冲。
2、置数实现器件
74LS04是6非门（反相器）他的工作电压5V，他的内部含有6个coms反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0，把0变成1。
下面是芯片的管脚图
图374LS192管脚图
四、功能模块
1、计数器
秒信号经秒、分计数器后分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位的计时输出信号，然后输出到译码显示电路。
“秒”计数器应为60进制，而“分”计数器可为大于等于12的任意进制。
（1）秒计数器：
六十进制计数器
可以由两块MSI计数器构成，一块十进制，一块六进制，组合起来就构成六十进制计数器。
实验室可提供的MSI计数器有T213、T217、74LS90、74LS190、74LS192、74LS160等，在这里我采用74LS192设计，74LS192是十进制同步加法/减法计数器，具有直接清零、异步置数功能。
由篮球比赛的特点，计时器可以设计成距离比赛结束的时间，因此这种方案需用减法计数器，而对每一节的计数实现的又是加法计数器，而74LS192既可以实现加法计数，也可以实现减法计数。
74LS192本身就是十进制，所以图3中U4直接利用借位输出端BO，一旦有借位则BO给U3一个下降沿，U3就开始减计数，从而秒的个位实现十进制。
图4十进制电路图
要想实现六十进制，则一开始要将U3置成六，必须使LD=0，才能置数；
但要实现减计数，又必须使LD=1。
所以我使用了CR的清零功能，总开关闭合时，CR=1，此时显示为0，总开关断开时，CR=0，减计数开始，U4上BO输出借位为0，LD接BO=0，给U3置数，下一瞬间，BO=1，LD=1，则U3从六开始递减。
U4有借位输出，U3则减1，如此递减，直到U3、U4全减为0，LD又给U3置数。
一直循环形成六十进制。
如图4。
图5六十进制计数器
（2）分计数器：
12进制减法计数器
由两块MSI计数器构成，低位是十进制，高位可为一个任意进制，再利用置
初始值“12”来实现十二进制。
图6分计数的置数
我用74LS192的LD完成分计数的置数和减计数功能，给U14的数据输入为1（0001），U12的数据输入为2（0010）。
按空格开关闭合，此时是接地，为低电平，LD=0，实现置数功能，显示12分，如图5。
按空格开关打开后，此时为高电平，LD=1，当脉冲来时，做减计数，如图6。
图7分的减计数
（3）节计数器：
四进制加法计数器
由一块74LS192构成，使数据输入为“0001”，当低电平有效信号控制其置数端时，便实现置1。
同理，按空格键开关闭合，LD=0，U15置数为1，开始节计数，如图7；
开关断开后，LD=1，当分十位有借位输出时，便给CPU一个脉冲，U15便开始加1，实现节计数，如图8。
图8节计数的置数
图9节计数的加法
控制电路由两片74LS192组成，用74LS192来控制计数器12分00秒的递减计时，在控制电路中用A和空格分别来控制电路的启动、暂停/连续或是停止工作。
在这当中CP的作用也是不同的，当A和空格为“1”时，CP经非门为0，LD为1，电路开始计时，当A为“0”时，CP=1，有清零功能，LD=0，有置数功能，电路不工作并置数，显示器就为“1”“2”“0”“0”。
当空格置为“0”时，计时器暂停工作，则CP停止工作。
当空格为“1”时，CP继续工作。
2、显示器
直接用仿真和硬件上的七段数码显示译码器。
3、置数和计数的开关控制
刚开始按下开关，要求计时器显示12分00秒，再按开关后，计时器开始计时。
置数时，要求LD全部为0，计数时，要求LD为1，但74LS192是十进制，秒计时要求是六十进制，即要求在显示六十秒时，置为00，LD在计数和置数上矛盾，所以我用总的开关来控制六进制的清零端CR，同时控制其余的LD端，使其可以用一个开关来控制置数和计时。
实现时，CR=1清零，LD=0开始置数，所以可以用一个非门来同时实现。
其开关的设置如下页所示，开关闭合时，为低电平，LD实现置数，CR经反相器为高电平，开始清零；
开关断开，为高电平，LD=1，CR=0，开始计时。
开关闭合断开时会出现抖动，即会有高低电平不稳的状况，这就需要有防抖动开关来使其稳定。
防抖动开关和节结束开关的实现是由我的同组者来设计。
图10开关控制计数
五、总体设计电路图
图11总体设计电路图
在总电路图中，当开关A接右时，经防抖动开关输出为低电平，经过与门，仍为低电平，则LD=0，实现置数；
开关A接左时，输出为高电平，从左往右，第二片74LS192上没有借位输出，BO=1，经与门后，输出为高电平，经过脉冲，则实现减计数。
暂停/连续开关由空格键控制，当接右时，经防抖动开关输出为1，BO无借位时输出为1，有脉冲时为1，经三输入的与非门为0，再经与非门为1，所以能正常工作；
当开关接左时，经防抖动开关后为0，经两个与非门仍为0，实现暂停计时。
六、实验结果及分析
（一）实验结果
1、将五片74LS192中的LD置为低电平，将第四片CP信号接为高电平，实现了置数“12分00秒”。
后将A断开，LD=1，CP=0，计时器开始工作，实现倒计时，同时在显示器上按脉冲来递减显示。
2、用基本的RS触发器连接成防抖动开关，用空格键来控制与非门的输出来控制暂停和连续。
（二）结果分析
1、拨动开关，当A=0时重新置数，当A=1时开始计数。
当按空格键输出为0时暂停，当按空格键输出为1时继续。
2、当计时器从12分00秒递减到00分00秒时，数码显示器不灭灯，同时发光二极管发光报警。
3、手动控制K1和K2实现暂停和连续功能。
（三）在MULTISIM中进行仿真
用Multisim2001进行模拟仿真，按照实验设计好的电路在Multisim2001中进行放置元件、设置电路参数、连接各元件，然后进行功能测试，经几次修改布线错误最终仿真成功。
其中也出现些不可避免的误差，例如刚开始检查连线都无误后，还是不能正确显示数字，换了两片74LS192芯片，才正确显示。
七、心得体会
本次课程设计使我对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，要求我们在以后的学习中注意，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。
在这几周的学习与实验中，我感觉有了很大的收获：
首先，通过实验及查阅相关资料使自己对课本上的知识有了更深的掌握，更好的理解，使自己的理论知识与实际相结合，同时实验也增强了我个人的动手能力。
对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。
另外，针对设计中出现的问题，通过查资料和请教老师，得到解决后，更增加了自己设计的信心。
实际与理论同样重要，这次课程设计对我无论是以后的工作还是学习都有莫大的帮助。
在实习中，我感受到了老师对学生的那种诲人不倦的精神，固定时间和课余时间，老师给我们指导，使我们少走弯路，顺利完成实习任务，在这里我真诚地感谢我的指导老师！
八、参考文献
毕满清主编.电子技术实验与课程设计.第3版.机械工业出版社
阎石主编.数字电子技术基础.第4版.高等教育出版社
陈汝全主编.电子技术常用器件应用手册.第2版.机械工业出版社
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