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1、实验报告11安徽师范大学皖江学院课程设计报告书 题 目 篮球比赛24秒倒计时器 姓 名 叶浩然 1071112 张涛 1071120 刘鹏 1071048 专业班级 电子信息工程一班 指导教师 朱强军 日 期 2012/6/7 篮球比赛24秒倒计时器 目 录前言 - 1 -1、总体设计思路、基本原理和框图 - 2 -1.1设计思路 - 2 -1.2基本原理 - 2 -1.3、总体设计框图 - 3 -2、 单元电路设计（各单元电路图） - 4 -2、1各芯片的用法和功能 - 4 -2.1.1 74LS48 - 4 -2.1.2 555定时器 - 5 -2.1.3 74LS192 - 5 -2.2

2、单元模块 2.2.1 信号发生部分 - 5 -2.2.2 倒计时部分 - 6 -2.2.3 停止控制电路 - 7 -2.2.4 警报提示装置 - 8 -4、安装、调试步骤 - 9 -5、故障分析与电路改进 - 10 -5.1 故障分析和解决 5.2 电路改进 6、总结 - 11 -7，元件清单 - 11 -3.总设计（电路仿真图） - 12 -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

3、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，它自动的报警从而判定此球员的违例。 本设计主要能完成：显示24秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯；计时器为24秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时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。 课程论文要求：设计制作一个篮球竞赛计时系统，具有进攻方24秒倒计时功能，具体设计 要求如下：1、具有显示 24s 倒计时功能：用两个共

4、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。 第一页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

5、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、

6、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。1.2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。 第二页

7、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。1.3、总体设计框图图1 倒计时设计总体框图总体电路说明： 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，到计时器到时，通过停止控制电路使计数器停

8、止计数并发出蜂鸣警报。 2、 单元电路设计（各单元电路图） 第三页 2、1各芯片的用法和功能2.1.1 74LS48功能或数字输入输出显示字形abcdefg灭灯00000000灭灯试灯0111111118动态灭灯10000000000000灭灯0110000111111100110001101100001210010111011012310011111110013410100101100114510101110110115610110100111116710111111100007811000111111118911001111110119101101010001101无效输出11110111

9、0011001121110010100011131110111001011141111110001111151111110000000 第四页2.1.2 555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。振荡周期 T于是为了产生

10、周期为1秒的脉冲，可以使、2.1.3 74LS19274LS192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。2.2单元模块2.2.1 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，于是没有脉冲输入74LS192中，故74LS192在保持状态，即实现暂停功能。 第五页操作1清零00置数110加计数110减计数1110保持图2 信号发生电路2.2.2 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

11、入情况下工作，下面进行具体分析。 第六页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

12、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3 24秒倒计时电路2.2.3 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” 第七页状态转换到“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

13、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2.2.4 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” 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警报提示电路 第八页 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

14、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

15、)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。4、安装、调试步骤4.1、按照万能板的规格，设定好各集成芯片的排放位置、测试各芯片是否与面板接触良好。4.2、用异步可逆双时钟BCD计数器74LS192及相关门实现定时倒计时电路。4.3、当检测出问题后分析其原因，是元器件本身原因还是接线错误，更换元件或重新正确接线，保证电路的正确运行。4.4、整体综合连

16、接，测试整体性能。 第九页5、故障分析与电路改进5.1 故障分析和解决在实际连线过程中，出现故障几乎是不可避免的。其中接线错误就是第一个一个难以避免的困难。另外一个让人头疼的原因是实验板与芯片接触不良，导致形成软型故障，难以准确找出故障点。最后，我个人认为还有一个细节也不能忽视，就是实物图和电脑仿真上的芯片接法并不完全一样，电脑仿真上的芯片许多管脚已经默认接地或接电源了，这些我们在实物图上就必须实际地接上，否则就会得到错误的结果。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，对照电路原理图和装配图，检查每一块片是否正确，极性有无接反，管脚有

17、无损坏，连线有无接错（包括漏错线、短路和）通电后，通过类比法，高低电平比较法等方法逐一找出故障点。5.2 电路改进 尽管用本电路图所焊接出来的电路板能实现功能，而且电路也很稳定。这也是对本电路的肯定。但从使用的过程中，其实还是有值得改进的地方。比如当数码管显示到“00”时，能亮灯，那应该是更完美的。但是本电路只有在从“00”转到“24”是才能亮灯及报警，也就是说报警器慢了1秒钟报警。实际的电路改进：可以先在两个74LS192的输出端接上接二个四输入端与非门。并且接到触发器的输入端，这样能实现当数码管显示到“00”时，LED发光且鸣蜂器发出声音，实现报警功能。但是，这样的代价就是使电路更加的复杂

18、，所带来的工作量也随之增大。 第十页 6、总 结在此次课程设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来。按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。1在本次课程设计中，我对74LS48、74LS192、NE555等芯片加深了了解，和巩固了对它们的使用，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

19、一定的基础。4课程设计促进了我系人才培养计划的完善和课程设置的调整。近年来，我系为适应学生的实践需要陆续增设与调整了一系列课程，受到同学的欢迎，其中这次的设计很受同学们的喜欢。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。 8、元件清单NE5551个电容10uF1个74LS482个固定电阻14个74LS1922个固定电阻1k14个74LS001个开关3个可调电阻62K1个蜂鸣器1个固定电阻20K1个发光二极管1个电容0.1uF1个LED数码显示管2个万能板一块、芯片底座五个及一段导线 第十一页 电路总原理图 第十二页由于电路图庞大，为方便仿真故采用分页设计 分页2 分页1 分页2 分页3