篮球比赛24秒计时器设计.docx

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篮球比赛24秒计时器设计

学号：

课程设计

题目

篮球比赛24秒计时器设计

学院

自动化学院

专业

自动化

班级

姓名

指导教师

年

月

日

引言

2.1.2方案一电路设计原理3

2.1.4方案二电路设计原理………………………………..5

2.3方案比较………………………………………………………….6

3部分电路设计…………………………………………………………….7

3.1时钟脉冲电路7

3.2计时电路8

3.3停止控制电路9

4.2调试与运行结果………………………………………….11

引言

很多人都看过篮球比赛，篮球比赛时，我们会发现每次进攻都会进行24秒倒计时，当计时到零时就会出现声光报警。

篮球的24秒计时器只是计时器的一种。

在生活中，我们经常会看见各种计时器，例如，在十字路口的红绿灯上我们会看到一个34秒计时器；我们经常看到的电子表也是计数器的一种；在体育课上老师用的秒表也是一种计时器。

计时器给我们的生活带来了很大的方便，可以说我们的生活离不开计数器。

 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。

通过本次课程设计，可以了解计时器的组成和原理以及许多应用，为设计更复杂的计时器打好基础。

同时通过本次课程设计也能提高学生的设计电路，排查故障，思考问题等多种能力。

1设计意义和要求

1.1设计意义

生活中很多地方都用到计时器，例如交通信号灯上有34秒倒计时装置，我们经常用的数字手表也是计时器的一种。

24秒计时器是比较简单的一种，比较容易设计。

通过此次电路设计，让我们了解计时器的工作原理，懂得其由哪几部分组成。

同时通过此次电路设计，让我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接有一定的初步认识，学会怎么设计电路，怎么排查故障和解决设计过程中出现的问题。

1.2设计要求

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，同时发出声光报警信号。

5.严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。

2方案设计

2.1设计思路

2.1.1电路要求

设计一个电路，要实现24秒减计时，同时具有清零、启动和暂停/连续功能，当计时器倒计时为零时，保持显示零状态，同时发出声光报警信号。

2.1.2方案一电路设计原理

该电路需要一个秒脉冲发生器，可用555芯片和电阻、电容构成一个多谐振荡器，通过调节电阻电容的值可产生1Hz的时钟脉冲。

用两片74LS192芯片构成一个24秒计时器，其中一片的4个输入端中，D0、D2和D3端接低电平，D1端接高电平，输出端接七段数码管作为高位显示，芯片2的4个输入端中，D0、D1和D3接低电平，D2接高电平，递增计数脉冲输入端接高电平，输出端接七段数码管作为低位显示。

因为74LS192本身具有清零端和置数端，则可各用一个开关来实现清零和启动功能。

要使计时器计时到零时保持不变，可在输出端反馈一个信号到输入端来实现保持功能。

选取“00”这个状态，通过3个或非门、一个3输入与非门，从而得到一个低电平信号，该信号与脉冲信号通过一个2输入与非门而接到74LS192的递减计数脉冲信号输入端，可使计时器在计数到零时停住。

当在74LS192的DN端输入脉冲信号后可进行减计数，则通过一个开关控制是否截断脉冲信号就可以实现暂停/连续功能。

报警电路在实验中可用发光二极管和鸣蜂器代替。

在计数过程中，发光二极管两端都是高电平，所以二极管截止，不发光；当计数器减到“00”是，二极管左边是低电平，右边是高电平，所以二极管导通，从而发光。

2.1.3工作原理

开始时，在两片74LS192的置数端输入低电平，因为两芯片的输入端分别为“0010”和“0100”（“1”表示高电平，“0”表示低电平），则数码管显示为“24”，再在高位芯片的DN端输入秒时钟脉冲，在两芯片的置数端输入高电平，则开始进行减计数，每秒减1。

当脉冲信号被截断时，计时暂停，当时钟脉冲重新接上时，计时继续。

当计时到零时，在低位芯片的DN端的输入变为高电平，芯片处于保持状态，同时二极管的阴极为低电平，阳极为高电平，二极管导通，从而发光，蜂鸣器发出声音。

图1总设计框图

.图2方案一电路图

2.1.4方案二电路设计原理

与方案一一样，用555芯片和电阻、电容构成一个多谐振荡器，通过调节电阻电容的值可产生1Hz的时钟脉冲。

用两片74LS192芯片构成一个24秒计时器。

用一个与非门，当脉冲信号和低电平相与非是，脉冲信号相当于被截断，实现暂停功能，当脉冲信号和高电平相与非是，脉冲信号没有被截止，进行减计数。

当计时到零时，利用74LS192芯片的借位输出端输出低电平信号，让该信号与时钟脉冲在与门中将时钟截断，从而使计时停止。

让74LS192芯片的借位输出端经过一个非门再接到二极管的阳极，阴极经过一个电阻接地，当借位输出一个低电平后，二极管阳极为高电平，阴极为低电平，二极管导通，从而发光。

秒脉冲产生器、清零装置和启动装置与方案一相同。

图3方案二电路图

2.3方案比较：

方案一与方案二的实验原理基本相同，都采用了555集成电路组成的多谐振荡器来产生周期为1s的脉冲，用两片74LS192芯片作为主体部分来实现24秒倒计时计算，清零和启动的方法相同。

不同的是反馈电路部分和暂停/连续功能部分。

方案一中的反馈电路部分的反馈信号采自两个74LS192芯片的输出端，采用了3个或非门、一个3输入与非门，从而得到一个低电平信号，该信号与脉冲信号通过一个2输入与非门而接到74LS192的递减计数脉冲信号输入端，可使计时器在计数到零时停住。

而方案二是利用74LS192芯片的借位输出端输出低电平信号，让该信号与时钟脉冲在与门中将时钟截断，从而使减计数停止。

暂停/连续功能，方案一是通过一个单刀双掷开关控制在递减计数脉冲信号输入高电平信号或端输入脉冲信号，从而实现计数器的暂停/连续功能；方案二是通过与非门实现的，当脉冲信号和低电平相与非是，脉冲信号相当于被截断，实现暂停功能，当脉冲信号和高电平相与非是，脉冲信号没有被截止，进行减计数。

比较方案一和方案二，方案二优于方案一，主要体现在反馈回路上，方案一需要3个或非门、一个3输入与非门和一个2输入与非门才能使减计数到“00”后保持不变；而方案二使用一个3输入与非门和一个非门就能实现。

3.部分电路设计

3.1时钟脉冲电路

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。

根据公式：

T

于是为了产生周期为1秒的脉冲，可以使

、、

电源为5v，则Q端输出1Hz的时钟脉冲

电路图如下：

图4秒时钟脉冲产生器电路图

3.2计时电路

计时电路主要由两片74LS192组成。

其中一片74LS192的4个输入端中，D0、D2和D3端接低电平，D1端接高电平，输出端接七段数码管作为高位显示，芯片2的4个输入端中，D0、D1和D3接低电平，D2接高电平，输出端接七段数码管作为低位显示。

在芯片的PL端接一个单刀双掷开关S2，通过控制输入低电平或高电平，从而实现置数和启动功能。

在减计数脉冲输入端输入时钟脉冲，开始24秒倒计时，通过开关3控制输入高电平/时钟脉冲，可实现暂停/连续功能。

两片芯片的清零端共接一个单刀双掷开关1，输入高电平可实现清零。

在进行24秒计时时，清零端、置数端和递增计数脉冲输入端接高电平，低位74LS192芯片的递减计数脉冲输入端接时钟脉冲，借位输出端接高位74LS192芯片的递减计数脉冲输入端。

电路图如下：

图5计时电路的电路图

3.3停止控制电路

24秒倒数计数器到“00”时，需要保持显示“00”。

选取计数器“00”的状态，两个74LS192芯片的输出端全为低电平，取低位74LS192芯片的4个输出端和高位74LS192芯片的Q0、Q1两个输出端，用或非门两两相或非，则得到3个高电平信号，这3个新号再和一个高电平信号相与或，得到一个低电平信号，再用该信号和时钟脉冲与或后输入低位74LS192芯片的递减计数脉冲输入端，从而使芯片处于保持状态，保持“00”不变。

停止控制电路如下：

图6停止控制电路的电路图

3.4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。

在计数过程中，发光二极管两端都是高电平，所以二极管截止，不发光；当计数器减到“00”是，二极管左边是低电平，右边是高电平，所以二极管导通，从而发光，同时蜂鸣器发出声音。

警报提示装置电路图如下：

图7报警提示装置电路图

4调试与检测

4.1调试中故障及解决办法

在调试的过程中，发现无法进行24秒倒计时计数，检查了实验方案，没有问题，然后开始检查接线，经过细心排查，最后发现导线连接有错误，改正后可进行24秒倒计时计数。

当倒计数到“00”时，却发现发光二极管没有发光，通过检查，导线连接无误，通过仔细思考和查找资料，猜测可能的原因是限流电阻的阻止太大，使得二极管两端的电压太小，无法是二极管导通，使得二极管不发光。

于是我把原来10K的电阻换成5K的电阻，结果二极管还是不发光，我再把5K的电阻换成1K的电阻，当倒计数到“00”时，二极管发光。

在查找故障时，首先要有耐心和细心。

同时要开动脑筋，进行认真的分析和判断。

在不通电的情况下，通过目测，检查每一块是否正确，极性有无接反，连线有无接错（包括漏错线、短路和）等。

4.2调试与运行结果

经过调试排查故障后，开始进行仿真。

运行之前开关S1和S2置于低电平，开关S3置于时钟脉冲。

点击运行，显示管显示的数字为“24”。

将开关S2置于高电平后，开始进行减计数，每秒钟数字递减1.如下图：

图824秒倒计时图

在某一时刻，将开关S3置于高电平，可使减计数停止，并保持当前显示不变；开关S3再置于时钟脉冲后，由当前状态继续进行计时。

如图：

图9暂停计时图

当减计数到“00”时，保持“00”不变，同时发光二极管发光。

如图：

图10计时到零时二极管发光图

仿真操作步骤及使用说明

1各部件说明

开关S1为清零开关，开关S2是置数和启动开关，开关S3是暂停/连续开关。

2操作说明

a.开始时，开关S1和S2置于低电平，开关S3置于时钟脉冲，此时数码管显示为“24”，表示篮球比赛每次进攻的时间最多为24秒。

b.将开关S2置于高电平，开始减计数，每秒变化一次，表示这一轮进攻开始，开始24秒倒计时。

c.将开关S3置于高电平，减计数暂停，表示比赛暂停；当将开关S3重新置于时钟脉冲是，从当前状态进行减计数，表示暂停结束，比赛继续进行，原先剩余的时间继续倒计时。

d.若在某一时刻将开关S1置于高