篮球24秒倒计时设计

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1、课题一、篮球竞赛 24 秒计时器设计目录一、设计要求二、总体参考方案三、单元电路设计1. 秒脉冲发生器2 .计数器3. 译码显示模块4. 报警电路5. 控制电路四、附图说明各部分功能的实现1 . 开始状态2. 启动、置数。3. 保持4. 到00时显示器不灭5. 报警五、整体电路图六、实验室调试1. 元件清单2. 调试过程3. 调试结果 （ 照片 ）4. 调试心得体会七、参考文献设计要求：1. 具有 24 秒计时功能。2. 设置外部操作开关，控制计时器启动和暂停/连续功能。3. 计时器为 24 秒递减时, 计时间隔为 1 秒。4. 计时器递减到零时，数码显示器显示 00,同时发光二极管亮灯。主要

2、参考元件：555、74LS192X2、CD4511X2、数码管X2、各类74系列门电路、 电阻、电容、开关、发光二极管、NPN三极管、PNP三极管等。图 1 系统结构图图2 PNP三极管驱动电、八、亠前言 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的 应用是相当普遍的。在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过

3、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。1、总体设计思

4、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

5、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、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

6、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。译码显示电路由 CD4511 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

7、”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。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，到计时器到零时， 通过停止控制电路使计数器停止计数并使报警电路的 LED 灯亮。2、 单元电路设计（各单元电路图）2、1 各芯片的用法和功能Vcc fS 1i 1二 dc6 IE14 Jai12i in)CD45UI Z1 E 6 TaIII厂厂rrr2.1.1 CD4511 显示译码器Al AS ET 51 LS A3 M CNDCD4511引脚图

8、及功能CD4511是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器 的BCD码一七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段 译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。 其功能介绍如下：BI： 4 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码 管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT： 3 脚是测试输入端，当 BI=1， LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。LE=1时译码器是锁定保持状态， 译码器输出

9、被保持在LE=0时的数值。Al、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的内部有 上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。真值表如图：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Rl。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，

10、也就是与外接元件有关，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：tw1: uCcc3v、u (g)= Vtl 二CCC 、(R + R Il2当t =tw1时,把UC(w2 cc/3代入三要素方程。于是可解出:tw1 二 0. 7R + R C123Vu D= 0VC当 t =tw2 时，u (w 2)=CVCC3代入公式,于是可解出:(w2 = 0.7RC2振荡周期=(w1 + (w2 = 0. 7R + 2 R12于是为了产生周期为 1 秒的脉冲，可以求出：R1 = 20kQ、R2 = 62kQ、C = PF用 555 定时器来产生多谐振荡电路如图所示盯 . 赵. OU

11、TBE3 -THK rai -CQH - -SKD- 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。74LS192 功能表：CPUCPDLDCR操作XXX1清零XX00置数t110加计数1t10减计数1110保持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74LS19

12、2中，故74LS192在保持状态，即实现暂停功能。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）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。因为预置的数是“00”，所以我选信号输入端控制。时钟脉冲与输出信号的或然 后通过一个非门才再输进个位（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

13、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“00”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或门。再通过或门所组成的触发 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。当输出端不全

14、为零时通过或门输出为高电平。当到 00 时输出低电平，再 通过一个非门与脉冲通过或门这样，这样一直输入高电平，保持 00 不变。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，系统给出一个提示信号。 当电路计到“00”时，下面一个与非门输出低电平，而 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 LED1 均能正常工作。从而发出报警信 号。3.总设计（总电路图）图 6 电路总原理图H-N二R-E盂由 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”时并且保持该状态。同时LED发光二极管亮，即声光报警。 按下空格时，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A,振荡器停止振荡，使计数器保持不变，断开B后，计数器继续计数。(1) 空格：手动复位按钮。当按下空格时，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”。当松开空格时，计数器从24开始计数。(2) A :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