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1、1课 程 设 计课程名称 数字电子技术 课题名称 篮球竞赛计时系统 专 业 自动化 班 级 0701 学 号 10 姓 名 胡吉全 指导教师 郭照南 2010 年 5 月 24 日2湖南工程学院课程设计任务书课程名称： 数字电子技术题 目：篮球竞赛计时系统 专业班级： 自动化 0701 班学生姓名：胡吉全 学号：10指导老师： 郭照南审 批：任务书下达日期 2010 年 5 月 24 日星期一设计完成日期 2010 年 6 月 4 日星期五3设计内容与设计要求一 设计内容：设计制作一个篮球竞赛计时系统：1、具有显示每节 12 分钟比赛时间的倒计时功能； 具有显示 24S 倒计时功能：用四个数码
2、管分别显示分、秒，其计时间隔为 1S。并用四个 LED 分别自动指示比赛节数2 、设置启动键和暂停/继续键，分别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，时间显示电路显示分别为 12.00 和 24S。4、计时器递减计数到00.00时，计时器停止工作，并给出报警信号。5、功能扩展（自选） ；二 设计要求：1 设计思路清晰，给出整体设计框图；2 设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；3 总电路设计；44 安装调试电路；5 写出设计报告；主要设计条件1. 提供直流稳压电源、信号源、示波器等仪器；2. 提供各类 TTL 集成电路芯片、电阻、电
3、容及插接件等元器件。3. 提供电子综合实验装置。说明书格式1、 课程设计封面；2、 课程设计任务书；3、 说明书目录；4、 设计总体思路，基本原理和框图；5、 单元电路设计（各单元电路图） ；6、 总电路设计（总电路图） ；7、 安装、调试步骤；58、 故障分析与电路改进；9、 总结与设计调试体会；10、 附录（元器件清单） ；11、 参考文献；12、 课程设计成绩评分表。注意：课程设计报告说明书要求用 16 开纸 打印 ！进 度 安 排第一周：星期一 上午 安排任务、讲课。星期一星期二：查资料、设计星期三星期四：设计仿真四楼现代设计实验室星期四：领元件四楼电子综合实验室星期四星期五 调试电路
4、；第二周：星期一星期四 安装调试电路；四楼电子综合实验室6星期五 写总结报告,答辩； 参 考 文 献电子技术课程设计 历雅萍、易映萍编电子技术课程设计指导 彭介华 主编 高等教育出版社电子线路设计、实验、测试 谢自美主编 华中理工出版社。7目录第一章 设计总体思路、基本原理和框图1、设计思路82、基本原理93、总体设计框图10第二章 单元电路设计（各单元电路图）1、秒、分倒计数器的设计112、显示器的驱动设计143、节次控制电路的设计14第三章 总电路设计（总电路图）15第四章 安装、调试步骤16第五章 测试和结果分析17第六章 总结与设计调试体会188第七章 附录（元器件清单）19第一章、设
5、计总体思路、基本原理和框图一、设计概要：1、篮球竞赛计时器主要有五个功能部分：（1）脉冲发生电路：实验箱中有自带脉冲发生器，所以在此没有重新设计此电路。（2）12 分钟倒计时：一节比赛总时间是 12 分钟，所以比赛开始时，时间显示为 12:00，开始后以秒为单位开始倒减，直到 00:00。这部分的中心芯片选用 74ls192，它是十进制的加减计数器，选用减数管脚，然后以级联的方式相连，用后面芯片的借位信号当做前一芯片的减数脉冲，如此类推，即可实现时间的分、秒、时的递减。（3）24 秒倒计时：24 秒是一次进攻的时间，也需要倒计时，所以跟 12 分钟倒计时相似，进攻开始时时间显示 24，开始后总
6、时间从 24 开始递减直至00，所以也可以选用 74ls192 来实现这个模块的功能，同样选用减数管脚和级联的方式。（4）节次显示：一场篮球比赛总共分为四节，所以要求用四个 LED 分别来表示四节比赛的节数，在此可以选用 D 触发器来进行移位显示。（5）警报：用二极管灯亮来表示警报，警报要求不论哪个时间倒计时到零，相应的二极管则被自动点亮，表示此时间已到，相应的本节比赛或本次进攻时间已到。当某部分时间到零时，最高位的 74ls192 的 BO 端口会出现低电平，可 9用它来点亮二极管，从而起到警报作用。二、基本原理1、倒计时电路：在比赛工程中对时间的置数、复位、清零、暂停与继续工作均由手动完成
7、。比赛开始之际，按复位开关，则比赛时间停在 24 和 12:00，当比赛正式开始，再按暂停/继续开关来开始比赛，此时时间开始以秒为单位开始倒计时，当在 24 秒进攻时间里面有暂停需要，则等裁判吹哨同意后可按暂停/继续开关来暂停时间，时间则停在即时时间不在变化（24 秒与 12 分钟的时间均暂停），暂停结束之后重新回到比赛，则再按暂停/继续开关来让时间继续倒计时。当 24 秒倒计时到零，则进攻时间结束，换另一方进攻，此时按 24 秒电路的复位开关使进攻时间重新置为 24，再进行另一轮的进攻。12 分钟的倒计时电路开始计时同 24 秒，不同的是在倒计到 00：00 时是不要复位的，而暂停则与 24
8、 秒倒计时电路同时暂停，当计时到 00:00，则表示一节比赛结束，当下一节比赛开始时按复位开关进行复位。（1）暂停与继续的实现：把开关引出的信号通过锁存器，再把脉冲输出信号同时通过与非门，再通过一个非门，然后分别接到 24 秒与 12 分钟倒计时电路的最低位的减数管脚，而 192 需要上升沿才会减一，则开关为零电平时则可以让减数管脚停在低电平从而停止计数。还有就是当某个时间倒计时到零时也要求能自动暂停，则还要把两个倒计时电路的最高位的 BO 端也要同时接入与非门，这样不论是哪个时间倒计时到零或者是开关需要暂停都可以实现。（2）复位功能的实现：24 秒和 12 分钟都需要分别复位功能，74ls1
9、92 芯片都有复位管脚，则可以设置两个复位开关与各自的复位管脚相连，由芯片的管脚功能可知，74ls192 的复位管脚是低电平复位，所以当开关打在接地端时，可以对时间进行复位。（3）清零功能实现：应为 12 分钟时比赛总时间，要一直倒计时到零，故不需要清零处理，而 24 秒则不同，因为可能总比赛时间已经结束，而最后一次的10进攻时间还有多余，此时就要用到清零功能，而清零功能实现很简单，只要用开关控制芯片的清零管脚即可。（4）节次电路：用四个 D 触发器和适当的组合逻辑电路搭成四位的移位寄存器，四个 LED 分别接在这四个 D 触发器的输出 Q 上， 12 分钟重置时，电路自动移位指示节次。（5）
10、警报功能的实现：在此设计中的警报即是在任意计时器计时到零是相应的 LED 被点亮。此时自然我们会想到显示时间的最高位的借位信号，即 BO 管脚，当需要借位时，BO 管脚处即会出现一个下降沿信号，而前面已经讲到 BO 端同时会被接到暂停用的与非门，所以此时计数器将会暂停计数，则此时 BO 处将被置定为低电平，此时则可用这个电平来点亮 LED，达到报警的作用。三、总体设计框图报警电路秒脉冲发生器计数器计数器译码驱动 译码驱动12 分钟显示24 秒显示控制电路 报警电路四节显示11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
11、于该系统特殊的需要，到各计时器到零时，通过停止控制电路使计数器停止计数并用 LED 发出警报。而节次计数是通过 12 分钟的重置来实现的。第二章、 单元电路设计（各单元电路图）一、秒、分倒计时电路设计 1、24 秒倒计时电路设计：24 秒的计时电路采用十进制的 74LS192 的级联方式来实现，首先把各个输入管脚接成相应的 2 和 4，再把芯片的置位管脚（LOAD）接到一个开关上，用此来完成置位功能。当计时开始直至个位芯片计数到零，个位芯片的 BO 端会发出下降沿信号，此信号可把它用来当做十位上芯片的脉冲信号，从而使十位递减完成倒计时功能。计数器的倒计时功能。24 秒倒计时电路如图：12123
12、 U6:A74LS0456 U6:B74LS0SW1S-SPDTR110kSW2S-SPST SW3S-SPDTR210kD015Q031112D210Q263937UP5TCU12DN4TD13PL1MR14U474LS192D015Q031112D210Q263937UP5TCU12DN4TD13PL1MR14U974LS192A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13B12QC1D10QE9F15QG14 U8451A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13B12QC1D10QE9F15QG14 U124512、十二分倒计时电路设计1312 分钟倒计时电路芯片同样采用级联
13、方式，即低位的芯片的借位管脚接上一位芯片的脉冲输入管脚（也即减数管脚 DOWN），使下级的芯片的借位脉冲成为上一级的输入脉冲，也即减数脉冲，从而达到递减功能。同时输入管脚也接成相应的初始数据 12：50，此时为什么第三块芯片要接成 5 呢，因为 12 分钟的秒计时器不在是十进制计数了，而应该是 60 进制计数了，当时间从 12:00 开始，减一就必须变成 11:59，所以第三块芯片必须要置成 5，再从五开始减数直至零。那么第三块芯片怎么一下从 0 变成 5 呢，这就需要置位，而且是从12:00 减一秒后就置位，我们知道，计数器从零减一就会变成 9，此时第三块芯片的输出管脚输出的也是 9，也就是
14、 1001，这就可以利用 1001 的 D3 位的 1，通过取反接到第三块芯片的置位管脚进行强制置位，而一开始必须显示的零就可以通过清零管脚清零实现。12 分钟倒计时电路如下：14A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13B2QC1D0QE9F15QG4U3451A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13B2QC1D0QE9F15QG4U541A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13B2QC1D0QE9F15QG4U1345A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13B2QC1D0QE9F15QG4U1445D015Q03112D210Q263937UP5TCU
15、12DN4D3PL1MR4 U1574LS92 D015Q03112D210Q263937UP5TCU12DN4D3PL1MR4 U1674LS92 D015Q03112D210Q263937UP5TCU12DN4D3PL1MR4 U1774LS92 D015Q03112D210Q263937UP5TCU12DN4D3PL1MR4 U1874LS921 2U2:A406934U2:B4069R310kSW4-SPT二、 显示器的驱动设计译码电路的功能是将“秒”、“分”计数器的输出代码进行翻译，在显示管上变成相应的数字。但本次试验，试验箱中本来带有四管脚的显示器（显示器中本身是带有译码电路的），故不用译码可直接相连进行驱动。三、节次控制电路的设计节次控制电路图：15这四个 D 触发器从左至右依
