篮球24秒倒计时器课程设计资料报告材料.docx
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篮球24秒倒计时器课程设计资料报告材料
数字逻辑电路设计
课程设计报告
系（部）：
三系
专业：
通信工程
班级：
11通信1班
姓名：
梦瑶
学号：
成绩：
指导老师：
海霞
开课时间：
2012-2013学年二学期
一、设计题目
篮球比赛24秒倒计时器
二、主要容
1、分析设计题目的具体要求
2、完成课题所要求的各个子功能的实现
3、用multisim软件完成题目的整体设计
三、具体要求
（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，计时器跳回“24”停止工作，并给出声音和发光提示，即蜂鸣器发出声响和发光二极管发光。
四、进度安排
第一天：
介绍所用仿真软件；布置任务，明确课程设计的完整功能和要求。
第二天：
消化课题，掌握设计要求，明确设计系统的全部功能，图书馆查阅资料。
第三天：
确定总体设计方案，画出系统的原理框图。
第四天：
绘制单元电路并对单元电路进行仿真。
第五天：
分析电路，对原设计电路不断修改，获得最佳设计方案。
第六天：
完成整体设计并仿真验证。
第七天：
对课程设计进行现场运行检查并提问，给出实践操作成绩。
第八天：
完成实践报告的撰写
五、成绩评定
课程设计成绩按优、良、中、及格、不及格评定，最终考核成绩由四部分组成：
1、理论设计方案，演示所设计成果，总成绩40％；
2、设计报告，占总成绩30％；
3、回答教师所提出的问题，占总成绩20％；
4、考勤情况，占总成绩10％；
无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为0分，无故旷课三
次总成绩为0分。
迟到20分钟按旷课处理。
前言5
1、总体设计思路、基本原理和框图6
1.1设计思路6
1.2设计原理和功能7
1.2.1基本功能7
1.3总体设计框图8
2、单元电路设计9
2.1各芯片的用法和功能9
2.1.174LS009
2.1.2555定时器9
2.1.374LS9010
2.1.474LS19211
2.2单元模块12
2.2.1秒脉冲发生模块12
2.2.2倒计时模块13
2.2.3控制电路模块14
2.2.4报警提示模块15
3、电路仿真调试（总电路图）16
3.1总电路图16
3.2仿真调试17
3.2.1启动功能17
3.2.2复位功能18
3.2.3暂停功能18
3.2.4自动停止、复位功能19
4、故障分析与电路改进21
4.1故障分析和解决21
4.2电路改进21
5、总结23
6、心得体会24
7、元件清单25
8、参考文献26
前言
电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。
在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机，还可以用来做为各种药丸、药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会的应用是相当普遍的。
在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就违例了。
本课程设计“智能篮球比赛倒计时器的设计”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间24秒限制。
一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动报警从而判定此球员的违例。
本设计主要能完成一下功能：
显示24秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接复位、启动和暂停/继续功能；在直接复位时，数码管显示为“24”；计时器为24秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到“00”时，数码显示器不灭灯，并且直接回到“24”，同时报警电路发出光电报警信号等。
整个电路的设计借助于Multisim仿真软件以及数字电路相关理论知识，并在Multisim下设计和进行仿真，得到了预期的结果。
1、总体设计思路、基本原理和框图
1.1设计思路
本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球比赛24秒倒计时器。
此计时器功能齐全，具有直接复位、启动、暂停|继续以及光电报警功能，同时使用了两个共阴极数码管来显示时间。
此计时器有了启动、暂停和继续功能，可以方便地在中途实现暂停计时功能。
当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。
此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下5个部分组：
秒信号产生模块、计时模块、控制模块、译码显示模块以及报警电路模块。
在设计此倒计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。
篮球比赛24秒倒计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。
秒信号产生电路由555定时器构成的多谐振荡器和74LS90构成的分频器构成，为计数电路提供计数秒脉冲。
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，倒计时从24逐秒倒数到00。
这一计时模块主要是利用双向计数器74LS192来实现；控制电路主要利用SR锁存器的锁存功能和计时电路的反馈信息来控制电路的计时模块，以实现倒计时器的多项功能。
当计数器计时到零时，警报电路给出发光提示和提示音。
这部分电路主要通过一些门电路来实现。
1.2设计原理和功能
篮球比赛24秒倒计时器的总体电路包括秒脉冲发生电路、计数电路、显示电路、报警电路和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复位、启动计数、暂停/继续计数、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，本电路采用555定时器组成的多谐振荡器产生秒脉冲信号。
显示电路采用共阴极数码管对计数器的输出信号直接进行译码显示。
报警电路在实验中可用发光二极管和蜂鸣器代替。
主体电路：
24秒倒计时部分由74LS192计数器组成的计数电路完成。
计数芯片清零端接低电平，并使计数器工作在减计数状态。
系统启动后，计数器的置数端无效，24秒倒计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。
利用计数器减计数到“00”状态后将自动跳变到“99”状态继续进行倒计时这一特点，将短暂出现的“99”状态信息通过与非门反馈到控制电路，使控制电路控制计数器的置数端持续有效，电路回到“24”状态并停止计时。
另外，在控制电路中还设置了控制开关来实现电路的启动、直接复位以及暂停/继续等功能。
1.2.1基本功能
本电路基本功能主要包括启动、直接复位、暂停/继续等功能，这些功能的实现由控制电路的控制作用来完成。
启动功能：
控制电路部分主要由与非门组成的SR锁存器和一些门电路、控制开关组成。
在保证74LS192双向计数器工作在减计数状态的前提下，将其置数端接在控制电路SR锁存器的输出端。
在按下启动键J1之前，锁存器输出为低电平，置数端有效，计数器处于置数状态。
当按下J1后，锁存器输出翻转为高电平，置数端无效，计数器进入计数状态。
直接复位功能：
单刀双掷开关J3为复位键，当其接在锁存器输出端时，计数器按照其他控制信号正常工作，当按下J3将其接地时，计数器置数端被置零处于有效状态，计数器直接复位为“24”当再次按下开关时，计数器再次工作进入计数状态。
暂停/继续功能：
开关J2为暂停/继续键，当其断开时多谐振荡器产生的秒脉冲信号被截断，因而计数器暂停计数并保持；当开关J2闭合时，秒脉冲信号接通继续为计数器提供脉冲信号，计数器继续进行计数。
1.3总体设计框图
图1.1总设计框图
2、单元电路设计
2.1各芯片的用法和功能
2.1.174LS00
74LS00为二输入与非门，本电路利用其构成了SR锁存器和其他一些基本功能。
与非门逻辑功能为两输入端有“0”为“1”，全“1”为“0”。
两输入与非门74LS00引脚图如图2.1所示。
图2.174LS00引脚图
2.1.2555定时器
555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。
它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制与检测电路中。
555定时器的部电路由分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放电三极管T以及缓冲器G组成，其部结构图如图2.2所示。
图2.2555定时器部结构图
本电路采用555定时器构成的多谐振荡器产生脉冲信号。
用555定时器构成的多谐振荡器如图2.3（a）所示。
接通电源后，电容C被充电，当vc上升到2Vcc/3时，是vo为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，vc下降。
当vc下降到Vcc/3时，vo翻转为高电平。
电容器C放电所需时间为
tPL=R2C㏑2≈0.7R2C
当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需时间为
tPH=（R1+R2）C㏑2≈0.7（R1+R2）C
当vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。
如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到了一个周期性的举行波。
电路的工作波形如图2.3（b），器振荡频率为
f=1/（tPL+tPH）≈1.43/（R1+2R2）C
（a）电路图（b）工作波形
图2.3由555定时器组成的多谐振荡器
2.1.374LS90
本电路秒脉冲发生信号由多谐振荡器和74LS90构成的分频器组成。
首先由多谐振荡器产生频率为1000Hz的周期矩形波信号，然后经过分频器分频最终得到频率为1Hz的脉冲信号。
74LS90计数器是一种中规模二——五进制计数器，将三片74LS90级联便可构成分频比为1000的分频器。
其功能表如图2.4所示。
图2.474LS90功能表
A．将输出QA与输入B相接构成8421BCD码计数器。
B．将输出QD与输入A相接构成5421BCD码计数器。
C．表中H为高电平、L为低电平、×为不定状态。
74LS90逻辑电路图如图2.5所示，它由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成。
在74LS90计数器电路中，设有专用置“0”端R1、R2和置位（置“9”端）S1、S2。
图2.574LS90引脚图
2.1.474LS192
74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。
当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的CP+端，端接到下一级的CP-端即可。
74192功能表和引脚图如图2.6、2.7所示：
操作
×
×
×
1
清零
×
×
0
0
置数
↑
1
1
0
加计数
1
↑
1
0
减计数
1
1
1
0
保持
图2.674LS192功能表图2.774LS192引脚图
图中：
~LOAD为置数端，接低电平是预置数置入，正常计数时接高电平；CLR为清零端，接高电平时计数器清零；UP为加计数端，DOWN为减计数端，实现加计数时DOWN接高电平，UP接脉冲信号，实现减计数时UP接高电平，DOWN接脉冲信号；~CO为进位输出端，~BO为借位输出端；A、B、C、D为计数输入端；QA、QB、QC、QD为数据输出端。
2.2单元模块
2.2.1秒脉冲发生模块
秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路和74LS90构成的分频器完成。
电路图如图2.7所示，首先由多谐振荡器产生频率为1000Hz的周期矩形波信号，然后经过分频器分频最终得到频率为1Hz的脉冲信号。
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