课程设计--篮球竞赛24秒计时器

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1、课程设计一篮球竞赛24秒计时 器课题名称:、内容摘要本设计主要是完成篮球竞赛24秒计时器，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， 数码管显示器全部显示为“0；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 10.0.1仿真软件和数字逻辑电路相关理论 知识，并在Multisim 10.0.1下设计和进行仿真，得到了预期的结果。关键字：计时器；数码显示器；Multisim随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，

2、运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活不可缺少的一部分，特别是 在各种竞技运动中，定时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。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。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。

3、三、设计内容及要求1.2.1基本要求(1) 显示24秒计时功能。(2) 控制计时器直接清零、启动、暂停/连续功能。(3) 计时器为24秒递减计时器。(4) 递减计时到零时，显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。1.2.2设计任务及目标(1) 根据原理图分析各单元电路的功能；(2) 熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；(3) 进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求;(4) 写出完整、详细的课程设计报告。四、方案论证及比较本设计的核心部分是要设计一、个24s倒计数器，并且对计数结果进行实时显示，同时要实现设计任务中提到的各种控制要求，因此该系统包括秒脉冲发生电路，计数器电路，译码

4、 显示电路，控制电路和电路报警电路 5 部分。其中，计数器电路和控制电路时 系统的主要部分。计数器电路完成24s倒计时功能，而控制电路具有直接控制计 数器的启动记数、暂停、连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。为了满 足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。 在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器显示零。当启动开关闭 合时，控制电路应封锁时钟信号CP,同时计数器完成置数功能，译码显示电路 显示24S字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停。连续开关拨在 暂停位置上时，计数器停止计数，出于保持状态；当暂停、连续开关拨在连续 时，计数器继续递减计数。

5、系统设计框图如（1）、（2）。1）方案 1：图2整体方框图二方案一的控制电路对每一单元模块实行独立的控制，相对与方案2电路更具 有稳定性，所以我们选择方案1。五、单元电路的设计、参数计算和器件选择3.2.1标准脉冲发生电路的设计秒脉冲发生电路产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准，本电路采用555 集成电路构成。VCCR1U615kRESETTRIGOUTVCCDISCHGTHOLDCVOLT5R268kGNDNE55$I-C2uFuF图3标准秒脉冲发生电路标准脉冲电路如上图所示1,它由555定时器组成的多谐振荡器，为系统提 供时钟秒脉冲。555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通VCc通过电

6、阻西 和出向电容C2充电，其上电压按指数规律上升，当Uc上升至2/3VCC,使3脚输出 为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C2通过出和丫放电，2脚处电压下降, 当2脚处电压下降到VCC/3时，3脚处电压翻转为高电平，电容C2放电所需的时间t T = RC ln2 沁 0.7RCpL 2 2(1)当放电结束时，T截止，VCc将通过R.电向电容C2充电，2处电压由VCc上 升到2/3VCC所需时间为tpH = (R1 + R2)C ln2 沁 0.7( R + R2)C(2)当Uc上升到2/3VCC时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电 路的输出端就得到了一个周期性的矩形波。定时元

7、件R1为15k、R 2为68kfl、C为10问，产生1Hz的标准脉冲信号，振丄2荡器振荡频率计算公式11.43f =U tpL + tpH (R1 + 2 R 2)C(3)3.2.2计数器电路的设计74ls192功能表输入输出MRF3P2PlP0Q3G231Q0LK-XXX靜0Q0g冥debd.ba11XXX加+数cr.11xX減计数-C310uFTSPVCCU7a b c d e f gU274LS4874LS480殳/04c cVVCC437l B C D1 2 63121dBocDQ&BQ6U574LS192dBDQ&BQ6R61K4邛1 59i10ID.4 5 41 5U474LS19

8、2S2& SW-SPDT图4计数器及译码显示电路计数器采用74LS192同步可逆双时钟计数器5其管脚引线排列图如图4 所示。74LS192的UP/ DOWN端分别是加/减计数器的时钟输入端。在置数控制 端LOAD=1.清零端CLR=0的情况下，若DOWN=1，计数脉冲加入到UP 端, 则计数器在预置数的基础上完成加计数，CO端发出进位负脉冲，若UP=1,计 数脉冲加入到DOWN 端,则计数器在预置数的基础上完成减计数，当减计数到 0时，BO借位输出端发出借位负跳变脉冲。LOAD为异步并行置数端，当 LOAD=0时，计数器置数，LOAD=1时，计数器处于计数状态计数器及译码显 示电路如图4所示。

9、用两片74LS192设计成二十四进制减法计数器，由74LS48 译码， 7端码显示器显示计时时间。计数器个位接成四进制，置数端 A.C .D 均 接低电平“0”,计数器十位接成二进制，AB两置数端接高电平“1”，C.D端接 低电平“0”计数脉冲信号接入个位计数器的DOWN减脉冲输入端（UP端接 高电平）。根据设计要求，计数器计数到零时停止计数，为此，将十位计数器的BO借 位端与脉冲信号源通过与门连接，使计数到零时，BO=0,封锁CP信号，计数 器保持零状态不变，控制电路发出报警声信号，使报警电路工作，信号灯亮。3.2.3单元译码显示电路的设计图5单元译码显示电路用74LS48和共阴极LED显示

10、器组成，如图7 所示，74LS48输入信号为 BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共七线，另有3条控制线。LT端为测 试端。在LT端接高电平的条件下，无论输入端A、B、C、D为何值，ag输出 全部为高电平，使7段显示器件显示“8”型，此功能用于测试器件。RBI为灭 零输入端。在BI/RBO=1的条件下，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。BI/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，该端还有第二个功能T灭零信号输出端， 当该位输入的A、B、C、

11、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RBI与BI/RBO配合使用，很容易实现多 位数码显示时的灭零控制。74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需要外 界限流电阻。此处要是保持数码管不黑屏就将BI/RBO, RBI置1就可以了，LT 是检查数码管的好坏的，如果不需要的话直接接高电平。其他端口按照abcdefg 的对应关系连接好以保证显示正确，确保接地成功。此处将BI/RBO、RBO、LT 全部接高电压，是为了让数码管正常工作，这三端只在焊接电路板时对数码管 进行好坏的检测时使用。3.2.4控制电路的设计图6控制电路篮球竞赛24秒计时器功能

12、控制由外部开关控制实现，如图8所示S1控制 计数器的暂停/计数控制。S1为“1”时（左合），秒脉冲发生器发出的脉冲信号被 封锁，计数器暂停计数，当S1为“0”时（右合），控制门电路打开，秒脉冲信号 送到计数器的减脉冲输入端，开关S3控制LOAD的异步并行置数控制端，当 S3闭合时，LOAD=0,计数器预置数，S3断开时，LOAD=1,计数器处于计数 工作状态。计数器清零由S2开关控制，CLR=1时计数器清零，CLR=0时，计 数器正常计数。控制电路要完成以下功能： 1.设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能。1）开关J2在电路图中起到启动的作用，闭合启动开关J2,计数器完

13、成置数功能，显示器显示30秒字样，计数器开始进行递减计数。2）开关J1在本设计中起暂停/连续作用，当启动开关闭合后，计数器进行递 减计数。若闭合开关J1,则计数暂停，控制电路封锁时钟脉冲信号CP,显示器 上保持原来的数不变，当开关J1断开，计数器继续累计计数。3）开关J3在电路中起到了控制计数器的直接清零，同时数码显示器灭灯的功 能。如图4,当开关J3闭合与地连接时，计数器直接清零，同时数码显示器灯 灭。当开关J3闭合与高位那片74LS192的借位端连接时，计数器正常计数。且 当计数器递减计数到零时（即定时时间到），控制电路发出报警信号，本设计中 采用发光二极管代替报警器，所以发光二极管灯亮代

14、表报警信号。当计数到零时，两计数器借位端输出为零,，该设计中将高位片借位端通过两次 反向反馈到二极管的负端，此时+5V电源经390 Q电阻使二极管发光（光电报警 信号），完成报警功能。而在递减计数时，74LS192的借位端输出为高。3.2.5报警电路的设计VCCD1LED 0图7放光报警电路如图 7 所示，报警电路采用 DIODE LED 型号发光二极管，发光二极管具 有单向导电性。只有当外加的正向电压使得正向电路足够大时才发光，它的开 启电压比普通二极管的大，正向电流越大，发光越强。当 24 秒计时结束到 00时，发光二极管发光提醒计时人员。六、完整的电路图及工作原理七、设计特点及使用价值八

15、、总结与心得体会九、元器件清单十、参考文献附录原理2.1设计原理分析设计任务，该系统包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助 时序控制电路（简称控制电路）和报警电路5个部分构成。其中，计数器和控 制电路是系统的主要部分。计数器完成30秒倒计时功能，而控制电路具有直接 控制计数器的清零，启动和暂停/连续功能、译码显示电路的显示与灭灯及光电 报警等功能。为满足设计要求，设计控制电路及控制开关时，应该正确处理各 个信号之间的时序关系。在操作直接清零时，要求计数器清零，数码显示器灭 灯。当启动开关J2闭合时，辅助控制电路应该封锁时钟信号CP，同时计数器完 成置数功能，译码显示电路显示30s字样，计数器开始进行递减计数；当暂停/ 连续开关J1闭合（即拨到暂停位置）时