NBA篮球竞赛24秒计时器设计

NBA篮球竞赛24秒计时器的设计

一.计时器电路的设计要求

要求:设计一个24秒计时器显示报警系统:电路启动后开始倒计时，计时间隔为1s，并要求由555定时器构成的多谐振荡器产生周期为1s的脉冲信号，作为计数器的时钟脉冲, 二位7段显示秒,倒计时至0秒时，电路报警。报警声持续3S,显示器不能灭灯.计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能利用外部开关控制。

二.系统设计结构框图

根据给定设计任务及要求,确定系统原理框图如图1所示。图中,计数器完成24秒倒计时功能, 控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计时,译码显示电路的显示与熄灭、定时时间到报警功能。

图1.系统设计结构框图

三.电路设计所采用的主要芯片简介

1.74LS192集成计数器

(1)74LS192引脚图如下

2.555定时器

555 定时器是一种模拟和数字电路混合的集成电路。它结构简单、性能可靠、使用灵活，在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型.通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。555 定时器工作的电源电压范围很宽，并可承受较大的负载电流。

74LS47 用于驱动共阳极数码管，其输出端与七段显示器相连，七段显示器用于显示数字和字符。它由7 条发光二极管（a~g）和 1 个点状发光二极管(h) 组成。是共阴极器件（阴极接地），给a~g 高电平，相应的二极管发光。

四.电路各个功能部分设计

1.标准秒脉冲发生电路

标准秒脉冲发生电路如图2所示, 它是由555定时器组成的多谐振荡器。定时元件R1 为630kΩ, R2 为400kΩ, C为1μF,产生1Hz的标准脉冲信号。

计算公式如下:

充电时间为＝（＋）Cln2 ≈ 0.7 （＋） C

放电时间为＝Cln2 ≈ 0.7 C

振荡周期为T ＝＋≈ 0.7 （＋ 2 ） C

振荡频率为

图2.标准秒脉冲发生电路

2.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,其管脚引线排列图如图3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′端发出进位负跳变脉冲;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为异步并行置数控制端,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。用两片74LS192设计成二十四进制减法计数器,由74LS47译码,七段码显示器显示计时时间。计数器个位接成十进制,置数端A、B、C、D均接低电平“0”。计数器十位接成三进制, A、B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,计数器计数到零时应停止计数,为此,将十位计数器的BO′借位端与脉冲信号源通过与门联接,使计数到零时,BO2′= 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。

图3.计数器及译码显示电路

3.控制电路

篮球竞赛24秒计时器功能控制由外部操作开关控制实现,如图5所示。开关A实现计数器的暂停/计数控制。当A为“1”时(上合) ,秒脉冲发生器发出的秒脉冲信号被封锁,计数器暂停计数;当A为“0”时(下合) ,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J1控制计数器的LOAD′异步并行置数控制端,当J1右合时,LOAD′= 0,计数器预置数,J1左合时,LOAD′= 1,计数器处于计数工作状态。计数器清零通过开关B控制, CLR = 1时计数器清零, CLR = 0时,计数器正常计数。

图4.控制电路

4 .报警电路

该电路的输入信号利用一个非门和一个与门产生一个一次阶越的信号输入到555定时器的2口中，使输出信号高电平持续约为3秒，使铃声持续3秒，并伴随灯亮。图中电阻选 2.7k欧，电容选1uF。

图5.报警电路

五.电路仿真

将各部分电路模块联接成完整的篮球竞赛24秒计时器电路,如图6所示。篮球竞赛24秒计时器开始计数之前,首先将控制开关B 上合,使计数器清零端CLR = 1,计数器清零。此时,显示器显示“00 ”。而后将B下合,使CLR = 0 ,不影响计数器的工作状态。将计数/暂停控制开关A上合,使计时器处于计数状态。此时,控制开关B引入低电平,打开控制门电路,秒脉冲信号将通过与非门和反相器输入到个位计数器的减计数输入端DOWN端。再将置数控制开关J1闭合,使LOAD′= 0,对74192进行预置数。由于计数器已设置成二十四进制,为此,显示器将显示24。断开L开关(LOAD′= 1) ,计数器从24开始减计数,计时时间到,十位计数器的借位端BO2′= 0,此信号将关闭控制门电路,即关闭1与非门和反相器,秒脉冲信号被封锁,计数器不能获得计数脉冲信号而暂停计数,并保持零状态不变,显示器显示“00”,一次计时完成。同时,控制电路发出报警信号,报警电路工作,信号灯亮,警铃响。在计数过程中,可随时将计数/暂停开关A右合,暂停计数。

六．使用Protel绘制的电子线路图