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1、电子技术课程设计篮球竞赛24秒计时器 院 系: 机电系班 级: 电子信息 11级姓 名: 学 号: 指导老师：一、引言篮球竞赛是一项有益人们身体健康的运动，同时也能锻炼团队的集体协作配合能力，是一项两个团队之间的竞赛。既然是竞赛，就必须有个规则，对竞赛双方以公平竞争，即在相同的时间里，得分最多的团队获胜，在比赛中，犯规罚球、替补、中场休息等不计入比赛时间，所以计时要暂停，有暂停就有继续，甚至在对手比较强大中场弃权的，需要直接清零重新开始下一组比赛，这就需要有外部的控制开关实直接清零、启动和暂停/连续功能。为了公平，利用倒计时的计时的方法显示在公众都能看到的显示器上，到了结束时间要有报警器提醒。
2、二、设计要求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 1 秒。4、计时器减计时到零时，发出报警信号。三、功能要求1、计时器递减的功能。在比赛开始计时器开启时计时器立刻以 1s 的时间间隔递减且显示在显示器上。2、计时器有暂停保持的功能。如在比赛进行中需要替补时，计时器能暂停并保持当前时间的功能。3、计时器实现 24s 递减计时，并减计时到零时，发出报警信号。四、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
3、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。 4、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
4、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。五、总体设计框图总体电路说明：倒计时功能主要是利用 74LS192 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。六、各单元电路设计1、各芯片的用法和功能（1 ） 74LS4874LS48 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。
5、在端接高电平的条件下，当 时，无论输入端LT 0LTA、 B、C 、D 为何值，ag 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，1RBI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 ag 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
6、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：（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，
7、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： 、 、:1twVuC30CCtRba1当 时， 把 代入三要素方程。于是可解出 :t 312twRba7.01、 、:2twVuCC3uC0RBCt1当 时， 代入公式,于是可解出：t2twb7.02振荡周期 TsCtTba127.021于是为了产生周期为 1 秒的脉冲，可以使、 、kRa20kb62FC0（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。74192 功能表
8、： CPUDLCR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（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。电路图如图 2 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（2 ）倒计时部分24 秒倒计时电路，如图 3 所示。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
9、）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
10、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（3）停止控制电路如图 4 所示，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 。LD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
11、 停止控制电路（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 均能正常工作，从而发出报警信号。图 5 是报警系统图。图 5 警报提示电路七、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”。
12、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
13、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。八、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。通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。
