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1、学 号： 电子课程设计题 目篮球竞赛24秒计时器设计与制作学 院电气与信息工程学院专 业电气工程及其自动化班 级就好姓 名好好指导教师2016年11月16日16课程设计任务书学生姓名： 好好 专业班级： 电气工程好好 指导教师： 工作单位：湖南工业大学电气学院题 目: 篮球24秒记时器的设计与制作初始条件：（1） 具备显示24秒记时功能（2） 计时器为递减工作，间隔为1S（3） 递减到0时发声光报警信号（4） 设置外部开关，控制计时器的清0，启动及暂停要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） 设计任务及要求（2） 方案比较及认证（3） 系统框图，
2、原理说明（4） 硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明（5） 调试记录及结果分析（6） 对成果的评价及改进方法（7） 总结（收获及体会）（8） 参考资料（9） 附录：器件表，芯片资料时间安排：（10） 11月14日：明确课题，收集资料，方案确定（11） 11月15日：整体设计，硬件电路调试（12） 11月16日：报告撰写，交设计报告，答辩指导教师签名： 2014年 6月 日目录一、设计题目1二、设计目的2三、设计任务及要求33.1 设计方案与框图33.2基本工作原理3四、设计步骤54.1计数器的设计54.2 数码显示电路的设计64.3 秒脉冲的设计84.4 控制开关电路的设计104.5 报警
3、电路的设计11五、仿真与测量125.1准备计时125.2.计时进行125.3.暂停状态135.4.报警状态14六、总结16一、设计题目在NBA比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛24秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间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犯规。篮球作为一项全民健身项目，已有一定的历史。在中国，篮球很盛行，篮球比赛也日趋职业化。篮球比赛中有一项违例时间要用倒计时器，目前多数采用的是24秒制。有需要就会有市场，因此设计一款24秒计时器是非常有必要也非常有前景的。二、设计目的电子课程设计是电子
4、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。 在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。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；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proteus仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识
5、，并在proteus下设计和进行仿真，得到了预期的结果。三、设计任务及要求3.1 设计方案与框图采用计数器74LS192作为核心部分。同时选择74LS248作为BCD码译码器来对7段数码显示管进行译码驱动，两个七段数码显示管进行显示。采用555计时器制成的多谐振荡器，进行秒脉冲的输入。以及多个逻辑门控实现计时器的为0报警。我们需要对其进行暂停、清零、报警等控制，所以我们使用了3个开关来控制计数器的各功能的实现，从而实现各种功能。24秒倒计时计时器的方案框图如图3-1所示。它是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路等五个部分组成。其中计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成
6、24秒计时功能，控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数功能，译码显示电路完成数字显示功能，报警电路产生光电报警功能。秒脉冲发生器产生时钟脉冲信号，这个信号作为电路的定时标准，其电路采用555定时器组成的多谐振荡其构成。控制电路计数器报警电路译码显示秒脉冲发生器图3-1 24秒计时器系统设计框图控制电路手动置数计数器，译码显示电路出现显示，秒脉冲发生器产生秒脉冲刺激计数器递减，随之译码显示电路递减。暂停/连续时，控制电路控制秒脉冲发生器暂停/连续秒。3.2基本工作原理24秒计时器的总体参考方案框图如图3-1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
7、（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定时器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
8、”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。四、设计步骤4.1计数器的设计计数器选用集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加法计数器，它采用8421码十进制编码，并具有直接清零、置数、加减计数功能。图4-1是74LS192引脚排列。图中CU、CD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。PL是异步并行置数控制端（低电平有效），TCU和TCD是进位、借位输出端（低电平有效），MR是异步清零端，P3-P0是并行数据输入端，Q3-Q0是输端。图4-1 74LS192的引脚排列74LS192的功能
9、表见表4-1所示。输入输出MRCUCDP0P1P2P3Q0Q1Q2Q31000000abcdabcd011加计数011减计数表 4-1 74LS192功能表当PL=1，MR=0时，若时钟脉冲加到端CU，且CD =1则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，TCU端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到CD端，且CU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，TCD 端发出借位下跳变脉冲。由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下图4-2所示。图4-2 8421BCD二十四递减计数器其预置数为N=（00100100）= (24)10。在CD端的输入时钟脉冲作用下，
10、开始递减。只有当低位 TCD 端发出借位脉冲时 , 高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零 , 完成一个计数周期，然后手动置数PL=0, 计数器完成置数 ,再次进入下一循环减计数。4.2 数码显示电路的设计根据设计的要求采用74LS248译码器来驱动共阴极数码显示管。74LS48芯片是一种常用的七段数码管驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中。74LS48和共阴极七段LED显示器如图4-3连接。这样连接74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需像CC4511外接限流电阻。图4-3 显示电路74LS248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
11、线。为测试端，低电平有效，当=0时，无论输入端A、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。为灭零输入端,低电平有效。在=1， =0，且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭。但当译码输入不全为0时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。BIRBI是一个特殊的端口，有时作用于输入，有时作用于输出，在这里不多做介绍。74LS48功能表见表4-2。输入输出字形数字A B C DBI/RBOa b c d e f g012345678911111111111XXXXXXXXX0 0 0 01 0 0 00 1 0 01 1 0 00 0 1 01 0
12、 1 00 1 1 01 1 1 00 0 0 11 0 0 111111111111 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10123456789消隐脉冲消隐灯测试X10X0XXXXX0 0 0 0XXXX0010 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 18表4-2 74LS248的功能表4.3 秒脉冲的设计根据设计要求，电路需要产生间隔为一秒的
13、时间脉冲，完成正确的计数功能。所以选择NE555定时器来设计此电路。从而产生标准的秒脉冲。NE555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。引脚功能： TH：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，低电平触发端，简称低触发端， CVO：控制电压端，OUT：输出端。DIS：放电端，RES：复位端。工作原理见表4-3输 入输 出THRESOUTDISLL导通VCCVCCHH截止 错误！未指定书签。VCCH不变不变VCCHL导通表4-3 555定时器控制功能表用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供脉冲，如图4-5 所示。R1、R2和C1为外接定时元件，高、低电平触发输入端项链并接到定时电容C1上，R1和R2的节点与
