篮球24s计时器设计与制作.docx
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篮球24s计时器设计与制作
篮球24s计时器设计与制作
设计要求
篮球比赛24秒倒计时器的设计
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，即直流振荡器发出声响和发光二极管发光。
总体设计思路、基本原理和框图
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。
篮球竞赛记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。
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.基本原理
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。
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。
译码显示电路由74LS48和共阴极七段LED显示器组成。
报警电路在实验中可用发光二极管和鸣蜂器代替。
主体电路：
24秒倒计时。
24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。
选取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲在与门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。
3.总体设计框图
总体电路说明：
倒计时功能主要是利用192计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换，以适合分和秒的不同需要。
由于该系统特殊的需要，到计时器到零时，通过停止控制电路使计数器停止计数并发出蜂鸣警报。
各单元电路设计
1.各芯片的用法和功能
74LS48
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：
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。
输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：
、
、
当
时，把
代入三要素方程。
于是可解出:
、
、
当
时，
代入公式,于是可解出：
振荡周期
T
于是为了产生周期为1秒的脉冲，可以使
、
、
74LS192
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：
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
2. 单元模块
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1s的脉冲；当开关闭合时，电路不能输出信号，于是没有脉冲输入74LS192中，故74LS192在保持状态，即实现
暂停功能。
图2信号发生电路
倒计时部分
24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”倒计到“00”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”，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。
两片计数器具体接法。
Vcc、UP接+5V电源，GND接地；时钟脉冲从与门输出后接到低位的down，然后从低位BO’接到高位的down；输入端低位C、高位B接电源，其他引脚和CLR都接地。
LOAD接到开关C的活动端，C的另外两引脚分别接G的活动端和地。
而G的另外两个引脚分别接到电源和地。
图324秒倒计时电路
停止控制电路
倒数计数器到零时，需要将电路转换到“24”并且停住。
现在选取计数器到零的状态24秒计到“00”，从各引脚引出线接到二脚与非门，当计数器从“00”状态转换到“99”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”。
由于数字99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”到“24”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
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”到“24”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
设计仿真演示
图6仿真电路图
由555定时器输出秒脉冲经过R30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”时应使计数器复位并置数“24”。
本电路利用从“00”到“99”时，通过与非门，使电路置数到“24”并且保持该状态。
由于“99”是一个过渡时期，不会显示出来，所以本电路采用“99”作为计数器复位脉冲。
当计数器由“00”跳变到“99”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“24”，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”。
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，控制电路发出声、光报警信号，计数器保持"24"状态不变，处于等待状态。
当J3闭合时，计数器开始计数。
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