郑州大学电气工程学院数电课设篮球24秒倒计时报告书解析.docx

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郑州大学电气工程学院数电课设篮球24秒倒计时报告书解析

课程设计报告

课程名称：

电子技术课程设计

设计题目：

篮球比赛倒计时器

专业：

自动化

班级：

1班

学号：

学生姓名：

时间：

年月日～月日

―――――――以下指导教师填写―――――

分项成绩：

出勤成品答辩及考核

总成绩：

总分成绩

指导教师：

苏士美

前言3

第一章计时器概述3

1.1篮球竞赛24秒计时器功能3

1.2设计任务及要求3

第二章电路设计原理及单元模块4

2.1设计框图4

2.2设计思路…………………………………………………………5

2.3元件选取与参数计算5

第三章电路图与工作原理11

3.1模块电路11

3.2总设计（总电路图）15

3.2工作原理…………………………………………………………16

第四章安装与调试17

4.1布线17

4.2电路的调试17

第五章设计体会18

参考文献18

前言

数字电子技术课程设计是数字电子技术学习中非常重要的一个环节，本次数字电子课程设计在苏士美老师的指导下我们小组完成了篮球比赛24秒计时器，此计时器功能齐全，具有置数、启动、连续、暂停以及光电报警信号，可以运用到实际比赛中去。

然而，由于知识限制，此次设计还有很多不完备之处，还望老师谅解并予以批评指正。

第一章计时器概述

1.1篮球竞赛24秒计时器功能

随着篮球知识的普及和NBA比赛在中国的风靡，篮球比赛24秒计时器已经被越来越多的人所熟知。

在篮球比赛中，规定每方球队一次进攻时间不得超过24秒，否则被称为24秒违例。

本课程设计的“篮球比赛24秒计时器”可以运用到实际的比赛中对进攻时间进行24秒的限制并具有自动报警功能。

1.2设计任务及要求

1.2.1主要功能与指标

1.电路具有24.0秒时间显示功能；

2.系统设置外部操作开关，控制计时器的置数、启动/连续和暂停功能；

3.计数过程中，无论处于何种状态，当按下置数键时，技术重新开始；

4.计时器为递减计时，其计时间隔为0.1秒；

5.当计时器递减计时到零时，显示器显示0，同时发出CP同步闪烁报警信号；

6.该电路可应用于篮球比赛。

1.2.2主要元器件及仪器设备

可逆十进制计数器74LS192三片、七段译码器74LS48（内有驱动）三片、共阴极数码管SM120501K三个、而输入与非门74LS00一片、四输入与非门74LS20一片、六反相器74LS04一片、555定时器一片、开关三个、电容若干、电阻若干，LED四个、实验板、万用表。

1.2.3设计成品要求

1.课程设计报告1份

2.制作成品一套

第二章电路设计原理与单元模块

2.1设计框图

2.2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24.0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24.0秒倒计时和计时结束警报提示。

攻方24.0秒倒计时，当比赛准备开始时，屏幕上显示24.0秒字样，当比赛开始后，倒计时从24.0逐秒倒数到00.0。

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。

2.3元件选取与参数计算

2.3.1元件列表与管脚图

1）输入与非门74HC00

管脚功能表：

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1A

1B

1Y

2A

2B

2Y

GND

3Y

3A

3B

4Y

4A

4B

VCC

2）双时钟可逆同步十进制计数器74LS192

3）七段译码器74LS148

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。

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～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a～g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a～g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。

74ls48功能表如下：

功能或数字

输入

输出

显示字形

a

b

c

d

e

f

g

灭灯

×

×

×

×

×

×

0

0

0

0

0

0

0

0

灭灯

试灯

0

×

×

×

×

×

1

1

1

1

1

1

1

1

8

动态灭灯

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

灭灯

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

×

0

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

0

1

2

1

×

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

2

3

1

×

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

3

4

1

×

0

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

4

5

1

×

0

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

1

5

6

1

×

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

1

6

7

1

×

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

7

8

1

×

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

8

9

1

×

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

9

10

1

×

1

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

无效输出

11

1

×

1

0

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

12

1

×

1

1

0

0

1

0

1

0

0

0

1

1

13

1

×

1

1

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

14

1

×

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

15

1

×

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

LS148各使能端功能如下：

LT；测灯输入端。

LT=1时，显示各段都亮。

RBI：

动态灭零输入端。

LT=0条件下，当RBI=1且输入数码DCBA=0000时显示各段全灭。

当输入码非零时，正常译码显示。

BI；静态灭灯输入使能端。

4）六反相器74LS04

管脚功能表：

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1A

1Y

2A

2Y

3A

3Y

GND

4A

4Y

5A

5Y

6A

6Y

VCC

5）三输入或非门74LS27

管脚功能表：

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

A1

B1

A2

B2

C2

Y2

GND

Y3

A3

B3

C3

Y1

C1

VCC

6）555定时器

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。

7）共阴极数码管

第三章电路图与工作原理

3.1模块电路

3.1.1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0.1s的脉冲；由于设计中要求计时最小单位为0.1秒，要求脉冲发生器555多谐振荡器的时钟周期为0.1秒，则T=0.7（R1+R2）C+0.7R2C=0.1，则取R相等，C为100μF，得R=5K,由于提供的元件中没有5K的电阻，则取两个470欧电阻串联。

信号发生电路

3.1.2倒计时部分

24.0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“24.0”倒计到“00.0”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“00.0”，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。

低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。

计数器具体接法

24秒倒计时电路

3.1.3停止控制电路

倒数计数器到零时，需要将电路转换到“24.0”并且停住。

现在选取计数器到零的状态24.0秒计到“00.0”，从各引脚引出线接到二脚与非门，当计数器从“00.0”状态转换到“99.9”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

。

使电路转换到“24.0”。

由于数字99.9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“00.0”到“24.0”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。

图4停止控制电路

3.1.4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“00.0”到“24.0”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警报提示电路

3.2总设计（总电路图）

图6电路总原理图

由555定时器输出秒脉冲输入到计数器IC4的CD端，作为减计数脉冲。

当计数器计数计到0时，IC4的（13）脚输出借位脉冲使十位计数器IC3开始计数。

当计数器计数到“00.0”时应使计数器复位并置数“24.0”。

本电路利用从“00.0”到“99.9”时，通过与非门，使电路置数到“24.0”并且保持该状态。

由于“99.9”是一个过渡时期，不会显示出来，所以本电路采用“99.9”作为计数器复位脉冲。

当计数器由“00.0”跳变到“99.9”时，利用个位和十位的“9”即“1001”通过与非门IC5去触发Rs触发器使电路翻转，从11脚输出低电平使计数器置数，并保持为“00.0”，同时LED发光二极管亮，蜂鸣器发出报警声，即声光报警。

按下J1时，Rs触发器翻转11脚输出高电平，计数器开始计数。

若需要暂停时，按下J2，振荡器停止振荡，使计数器保持不变，断开J3后，计数器继续计数。

（1）J1：

手动复位按钮。

当按下J1时，不管计数器工作于什么状态，计数器立即复位到预置数值，即“24.0”。

当松开K2时，计数器从24开始计数。

（2）J2：

暂停按钮。

当“暂停/连续”开关处于“暂停”时，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数。

（3）J3：

启动按钮。

J3处于断开位置时，当计数器递减计数到零时，控制电路发出光报警信号，计数器保持"00.0"状态不变，处于等待状态。

当J3闭合时，计数器开始计数。

3.3工作原理

译码显示、555部分不再做过多阐述，下面就电路的控制与计数报警部分的工作原理进行解释与阐述。

555脉冲发生模块发出一个周期为0.1秒的方波，作为电路的时钟脉冲。

控制电路“置数”按钮为常断开关，当按下按钮时，输出一个低电平到计数器的LD置数端，则计数器开始置数并经过译码显示后在显示器上显示24.0秒字样。

放开后输入一个高电平到置数端，计数器正常计数。

控制电路“启动\继续”按钮与“暂停”按钮由一个RS触发器连接，RS基本触发器功能表如下：

S

R

Q

功能

0

0

不变

保持

0

1

0

置零

1

0

1

置1

1

1

0

不确定

当按下“暂停”按钮时，触发器置零，经过输入与非门74HC00后，不论555脉冲发生器输出的脉冲式什么状态，74HC00均输出高电平1到计数器的CPD端，计数器保持当前计数状态，不再进行减计数，计数暂停，松开按钮后，触发器状态保持。

按下“继续\启动”按钮后，触发器置1，经过与非门后不改变脉冲的输出，计数器正常计数。

图中将最后一片74LS192的借位输出端也接到74LS27上，同时接到报警电路上。

当计数器计数到零时，最后一片192会产生结尾信号负脉冲，输出一个低电平0，则经过或非门27后，计数立即停止，同时报警电路的二极管会导通，闪烁报警。

第四章安装与调试

4.1布线

电路布线应注意：

1.合理布线，不跨接，不跨元件接线。

2.布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定得屏蔽作用。

3.最好分模块布线。

4.元件芯片布局要合理，事先要做好合理规划，使元件和导线在实验板上分布均匀合理。

4.2电路的调试

调试时要小心谨慎，分模块调试。

电路安装完毕后，首先应检查电路各部分的接线是否正确，检查电源、地线、信号源、元器件的引脚有无短路，器件有无接错，再接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。

如果出现异常现象，应立即切断电源，排除故障后方可重新通电。

第五章设计体会

1．在本次课程设计中，我对74LS48、74LS192、555定时器、74LS00、74LS04等芯片加深了了解，并学会了它们的使用方法，对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理解，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。

2.提高实践动手能力。

大学中许多的时间都是在学习理论知识，很少参与到实践中去，课程设计给我们提供了一个宝贵的机会，理论用于实践，从设计，仿真，到安装调试，每一步的进行，都会让人受益非浅。

实际操作训练，许多的实践经验是我们在课本上学不到的，必须经过这样严格的自己动手，才会从中体会出设计出成果的喜悦。

理论知识总是要用于实践中才得以升华，我们应该更多的参与实践，以增强我们对电子专业的兴趣。

同时，从开发设计一些小规模产品去体会学习开发设计电子产品的设计思路，为以后的工作打下基础。

3.另外，在连接面包板的时候，更加注重的细心和耐心，要确保每一个接口，每一个芯片的连接是通路，不能存在断路或者短路的现象，否则排查出错原因的时候会很困难。

课程设计达到了专业学习的预期目的。

在两个星期的课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对电路板制作流程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。

总之这次课程设计学会了如何去设计，去仿真，并且切切实实的把设计好的电路在面包板上连接出来。

更学会了要耐心、细心的去连接电路板，看准每一个接口，每一个引脚。

同时也学会了如何与同学交流和与同学的心得相互交换。

参考文献

1.康华光.电子技术基础（数字部分）.第四部分.北京：

高等教育出版社，2000

2.阎石.数字电子技术基础.第5版.北京：

高等教育出版社

实物图