篮球竞赛4s计时器.docx
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篮球竞赛4s计时器
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
1.电路框图
篮球竞赛24秒计时器的电路框图如图2-1所示。
图2-1电路框图
2.基本原理
（1）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。
（2）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TTL与非门组成的多谐振荡器构成。
（3）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
十进制计数器
74LS192
2片
2
多谐振荡器
CM555
1片
3
二输入或门
74LS32
1片
4
二输入与门
74LS08
1片
5
八输入或门
1片
6
六输入或非门
1个
7
数码管
2个
8
灯泡
1个
9
蜂鸣器
1个
10
电阻、电容
若干
2.元件介绍
（1）74LS192
74LS192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。
图3-174LS192的管脚图
表3-274LS192功能表
输入
输出
CR
LD’
UP
DOWN
D
C
B
A
QD
QC
QB
QA
1
*
*
*
*
*
*
*
0
0
0
0
0
0
*
*
a
b
c
d
a
b
c
d
0
1
↑
1
*
*
*
*
加计数功能
0
1
1
↑
*
*
*
*
减计数功能
（2）555定时器
555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4.5V~16V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。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。
①其逻辑框图
555定时器的逻辑框图如图3-2所示。
图3-2555逻辑框图
②内部原理结构
555定时器的内部原理结构如图3-3所示。
图3-3555内部原理结构
③功能表
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为
的情况下，555时基电路的功能表如表3-3所示。
表3-3555时基电路的功能表
清零端
高触发端TH
低触发端
Qn+1
放电管T
功能
0
0
导通
直接清零
1
0
导通
置0
1
1
截止
置1
1
Qn
不变
保持
（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
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
（5）或门
或门是实现逻辑“或”运算的逻辑电路。
或门的电路图如图3-6所示，或门的功能表如表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
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
（6）或非门
或非门实现或非逻辑。
其符号如图3-7所示。
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
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
四、功能模块
1.秒脉冲发生器
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=0.7R1C1。
振荡周期计算公式：
T=0.7（R2+2R1）C1≈0.01s。
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
2.24S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，使芯片又显示成“24”,24秒倒计时电路的电路图如图4-2所示。
图4-224s倒计时电路
3.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。
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
4.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
5、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。
图5-1篮球竞赛24秒计时器总体电路
1.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
2.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
3.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5-4暂停电路
4.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
6、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。
7、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是不可以的，因此我有时得不到仿真的结果就不断换器件重新连线是电路运行。
Multisim软件有时会出问题，在理论上可行的电路在调试中未必能显示出来，这就需要不断地尝试才能得出正确的答案。
通过课程设计我对学过的数电知识有了总体上的把握，对数电课程系统认真的复习了一遍，特别对一些能见如74LS192.多谐振荡器555等有了深刻的理解和认识，对逻辑门电路的理解也进一步理解了。
同时在设计的过程中学会了独立思考解决问题，提高了逻辑思维能力，在逻辑电路的分析和设计上有了很大进步。
纵观整个课程设计，收获颇丰。
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