篮球比赛倒计时系统
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1
CLR。清除端的工作效果为：当有高电平介入时，片子不管初状态如何，都会马上 清除数据。所以我们三号片子到的置数通过了清除端来完成了。满足我们的设计 要求。
电路设计 2.1 秒脉冲发生器
电路的工作原理是：接通电源，电源经外接电阻 R1 和 R2 向电容 C 充电，其 上电压按指数规律上升，当电压上升至 2/3VDD 时，会使比较器 A1 翻转输出低电 平，RS 触发器复位，输出端 U0=0，同时三极管 VT 导通，电容 C 通过 R2 和 VT 放 电，当电容电压下降到 1/3VDD 时，比较器 A2 翻转输出低电平，RS 触发器置位， 输出端变为高电平，三极管 VT 截止，C 放电终止又开始充电，周而复始，输出端 便可获得周期性的矩形脉冲波。电容 C 的放电时间 t1 与充电时间 t2 分别为 t1=R2CIN2 ≈ 0.7R2Ct2=(R1+R2)CIN2 ≈ 0.7(R1+R2)C 可 得 输 出 脉 冲 波 的 频 率 为 f=1/(t1+t2)≈1.43/(R1+2R2)C
16
LS1
蜂鸣器
无
1
17
S2
拨码开关 DIPSW2H 1
18
LED1
发光二极管 LED-blue 1
19
U13
与非门
74LS13 1
10
一、概述
本设计是简单应用脉冲数字电路对篮球比赛进行设计，本次课程设计的内容 为篮球比赛 20 分钟倒计时系统设计
秒脉冲的信号则是通过 555 计时器芯片产生，在多谐振的状态下，调整参数 是它产生秒脉冲即可。7 段的数码管由 745ls48 来驱动，计数器则采用了 74ls192， 十进制计数器，4 个片子之间采用借位输出端于减法计数脉冲端相连，是它能一次 向前产生我们需要的计时脉冲，达到从 20：00 最后减到 00:00 的计数状态，最后 数码管会停到 00:00 的状态，产生高电平信号来产生声光显示，当到达 00:00 计 数状态时，意味着半场的结束。下半场的开始，手动使记录上半场和下半场的数 码管由 1 变成 2 状态，同时计数器开始工作，下半场开始，当有 20:00 变为 00:00 使，终场结束，有声光提醒。本设计共有 5 大部分组成，第一部分为 220v 的变压 电路，第二部分为 555 产生的秒脉冲的电路，第三部分为二十分钟的倒计时计数 显示电路，第四部分为上下半场的显示电路，第五部分为声光报警的电路。通过 这些电路的连接，产生了一个简易，精准的篮球计时系统。
8
附录Ⅰ
9
附录Ⅱ
序号
编号
名称
型号 数量
1
u6,u7,u12,u14
减法计数器 74LS192 4
2
u1，u2，u15，u17 七段译码器 CD4511 4
3
c1,c2
电容
无
2
4
u10,u20
与非门
CD4078 2
5
u8A,u8B
与门
74LS08N 2
6
s1,s3
开关
Leabharlann Baidu
DIGTAS1 2
7
Q4,Q5
图 4 直流稳压电路
三、性能测试 1.直流稳压电源的测试
4
图 5 直流稳压电源电路测试数据
2.555 多谐振电路的测试（秒脉冲）
图 6 多谐振荡电路测试数据
如图所示多谐振荡电路产生脉冲周期为 1s。
3.计时电路测试
第一节比赛开始前计数电路显示 12000，如图 7 所示。
5
图7
暂停开关打开，计数暂停，如图 8 所示。
2.4 报警电路
当 20 进制倒计时计数器输出为 0000 时，导出一个高电平信号使蜂鸣器和 LED 工作。如图 3 所示。
3
图 3 报警电路
2.5 直流稳压电源模块的设计
以全波整流电路作为整流网络，以电解电容和一般电容并联作为滤波网络， 采用固定式三端集成稳压电路 7805 设计制作直流稳压电源。如下图所示，经桥堆 整流、大电容滤波后分别经过集成稳压块 LM7805 作用得到+5V 的直流输出。 稳压 电源一般由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路三大部分组成。如图 4 所示。
三极管
2n2222 2
8
U19A,U19B
与非门 74LS00D 2
9
U9
译码器
74LS48 1
10 R1，R2,R3,R5,R6,R7,R8
电阻
无
7
11
U23
非门
74LS04 1
12
U24
或门
74LS32 1
13
D1
二极管整流桥 1B4B42 1
14
U4
稳压集成电路 LM7805 1
15
U5
计数器 74LS160 1
二、方案论证
555 多谐 振荡 器 （产 生秒 脉 冲）
20 分计数器（采用 74ls192）
启动
暂停/继续
比赛时间显示 LED、蜂鸣器
秒脉冲是由数电中学到的 555 定时器来完成的，通过连接电阻，电容，并调 试他们的数值，便可连接成为一个多谐振荡器。经计算之后，秒脉冲的数据如下： R1=28.86K,R2=57.72K,C=10nf,Cf=10uf,Rf=100。然后我的计数器用的是 74ls192 的芯片。74ls192 有清除功能。74ls192 是双时钟，即有加时钟端和减时钟端。 74ls192 有两个端子，一个是进位脉冲端子，一个是借位脉冲端子。在我的预期设 计中，想让数码管初始要显示 20:00 的数字，所以就想到了初始置数到 20:00，但 是我们三号片子在运行中要变成六进制的计数器，0-5-4-3-2-1-0 这样的状态转换， 所以三号片子要在状态为 9 时同步置数到 5，192 除了有置数端 LOAD，还有清除端
一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，由于本次课程设计对精度要 求不高，因此选择用 555 集成电路组成多谐振荡电路产生 f=10Hz 的周期性矩形脉 冲波。555 集成电路组成多谐振荡电路参数设计如图 1 所示。
图 1 555 集成电路组成多谐振荡电路参数设计
2.2 计数器及译码显示电路
8421BCD 码递减计数器由 74LS192 构成。74LS192 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 CPD 端，端接到下一级的 CPU 端即可。
五、心得体会
通过这次的课程设计，我熟练掌握了 MULTISIM 的运用，同时更加深刻地了解了 计数器（特别是 74ls192 双时钟加减计数器），七段译码显示器及一些芯片的运用。
参考文献
[1] 阎石主编. 数字电子技术[M].北京：高等教育出版社，2006 年 [2] 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器[M].北京：国防工业出版社，2005 年 [3] 崔葛瑾主编.数字电路实验基础[M].上海：同济大学出版社，2005 年 [4] 华成英主编.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006 年 [5] 荀殿栋、程宗汇.实用数字电路设计手册[M].电子工业出版社，1994 年 [6] 南心智、刘计训主编.数字电路实验教程.[M].山东大学出版社，2003 年
图 2 8421BCD 码递减计数器及译码显示电路
2.3 控制电路
此控制电路可以完成以下功能： 1、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示 12000，断开“启 动”开关，计数器开始进行递减计数。 2、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“继续”开关，计数器继续累计计数。 3、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态 不变，同时报警电路（发光二极管）工作。 电路图见附录Ⅰ电路原理图。
图8
第一节比赛结束计数电路显示 10000，蜂鸣器报警，LED 发光，如图 9 所示。
6
图9
第二节比赛开始前计数电路显示 22000，如图 10 所示。
图 10
全部比赛结束计数器显示 20000，如图 11 所示。
7
图 11
四、结论
通过这次的课设设计，可以实现篮球的 20 分倒计时功能，上下半场的显示功 能，上下半场的声光提示功能。该设计用仿真软件 MULTISIM 的验证了理论分析结 果的正确性。此次课程设计经过为期 2 周的不懈努力，目前基本达到了预期的要 求，通过对整个系统的调试，可得到如下结论：本设计是基于篮球比赛的计时器， 通过人为操作以及电子线路的控制，达到计时器启动、置数、清零、暂停、继续、 报警响音等功能。
2
它的计数原理是，只有当低位借位端发出负跳变借位脉冲时，高位计数器才 做减 1 计数。当高，低位计数器全为 0，且 CPD 为 0 时，计数器完成并行置数，之 后，在 CPD 端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。
8421BCD 码递减计数器如图 2 所示。 用于驱动 LED 七段数码管的译码器常用的有 CD4511。用于驱动 LED 七段共阳 极显示数码管。若将计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可 进行不同数字的显示。译码显示电路如图 2 所示。
CLR。清除端的工作效果为：当有高电平介入时，片子不管初状态如何，都会马上 清除数据。所以我们三号片子到的置数通过了清除端来完成了。满足我们的设计 要求。
电路设计 2.1 秒脉冲发生器
电路的工作原理是：接通电源，电源经外接电阻 R1 和 R2 向电容 C 充电，其 上电压按指数规律上升，当电压上升至 2/3VDD 时，会使比较器 A1 翻转输出低电 平，RS 触发器复位，输出端 U0=0，同时三极管 VT 导通，电容 C 通过 R2 和 VT 放 电，当电容电压下降到 1/3VDD 时，比较器 A2 翻转输出低电平，RS 触发器置位， 输出端变为高电平，三极管 VT 截止，C 放电终止又开始充电，周而复始，输出端 便可获得周期性的矩形脉冲波。电容 C 的放电时间 t1 与充电时间 t2 分别为 t1=R2CIN2 ≈ 0.7R2Ct2=(R1+R2)CIN2 ≈ 0.7(R1+R2)C 可 得 输 出 脉 冲 波 的 频 率 为 f=1/(t1+t2)≈1.43/(R1+2R2)C
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LS1
蜂鸣器
无
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S2
拨码开关 DIPSW2H 1
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LED1
发光二极管 LED-blue 1
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U13
与非门
74LS13 1
10
一、概述
本设计是简单应用脉冲数字电路对篮球比赛进行设计，本次课程设计的内容 为篮球比赛 20 分钟倒计时系统设计
秒脉冲的信号则是通过 555 计时器芯片产生，在多谐振的状态下，调整参数 是它产生秒脉冲即可。7 段的数码管由 745ls48 来驱动，计数器则采用了 74ls192， 十进制计数器，4 个片子之间采用借位输出端于减法计数脉冲端相连，是它能一次 向前产生我们需要的计时脉冲，达到从 20：00 最后减到 00:00 的计数状态，最后 数码管会停到 00:00 的状态，产生高电平信号来产生声光显示，当到达 00:00 计 数状态时，意味着半场的结束。下半场的开始，手动使记录上半场和下半场的数 码管由 1 变成 2 状态，同时计数器开始工作，下半场开始，当有 20:00 变为 00:00 使，终场结束，有声光提醒。本设计共有 5 大部分组成，第一部分为 220v 的变压 电路，第二部分为 555 产生的秒脉冲的电路，第三部分为二十分钟的倒计时计数 显示电路，第四部分为上下半场的显示电路，第五部分为声光报警的电路。通过 这些电路的连接，产生了一个简易，精准的篮球计时系统。
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附录Ⅰ
9
附录Ⅱ
序号
编号
名称
型号 数量
1
u6,u7,u12,u14
减法计数器 74LS192 4
2
u1，u2，u15，u17 七段译码器 CD4511 4
3
c1,c2
电容
无
2
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u10,u20
与非门
CD4078 2
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u8A,u8B
与门
74LS08N 2
6
s1,s3
开关
Leabharlann Baidu
DIGTAS1 2
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Q4,Q5
图 4 直流稳压电路
三、性能测试 1.直流稳压电源的测试
4
图 5 直流稳压电源电路测试数据
2.555 多谐振电路的测试（秒脉冲）
图 6 多谐振荡电路测试数据
如图所示多谐振荡电路产生脉冲周期为 1s。
3.计时电路测试
第一节比赛开始前计数电路显示 12000，如图 7 所示。
5
图7
暂停开关打开，计数暂停，如图 8 所示。
2.4 报警电路
当 20 进制倒计时计数器输出为 0000 时，导出一个高电平信号使蜂鸣器和 LED 工作。如图 3 所示。
3
图 3 报警电路
2.5 直流稳压电源模块的设计
以全波整流电路作为整流网络，以电解电容和一般电容并联作为滤波网络， 采用固定式三端集成稳压电路 7805 设计制作直流稳压电源。如下图所示，经桥堆 整流、大电容滤波后分别经过集成稳压块 LM7805 作用得到+5V 的直流输出。 稳压 电源一般由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路三大部分组成。如图 4 所示。
三极管
2n2222 2
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U19A,U19B
与非门 74LS00D 2
9
U9
译码器
74LS48 1
10 R1，R2,R3,R5,R6,R7,R8
电阻
无
7
11
U23
非门
74LS04 1
12
U24
或门
74LS32 1
13
D1
二极管整流桥 1B4B42 1
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U4
稳压集成电路 LM7805 1
15
U5
计数器 74LS160 1
二、方案论证
555 多谐 振荡 器 （产 生秒 脉 冲）
20 分计数器（采用 74ls192）
启动
暂停/继续
比赛时间显示 LED、蜂鸣器
秒脉冲是由数电中学到的 555 定时器来完成的，通过连接电阻，电容，并调 试他们的数值，便可连接成为一个多谐振荡器。经计算之后，秒脉冲的数据如下： R1=28.86K,R2=57.72K,C=10nf,Cf=10uf,Rf=100。然后我的计数器用的是 74ls192 的芯片。74ls192 有清除功能。74ls192 是双时钟，即有加时钟端和减时钟端。 74ls192 有两个端子，一个是进位脉冲端子，一个是借位脉冲端子。在我的预期设 计中，想让数码管初始要显示 20:00 的数字，所以就想到了初始置数到 20:00，但 是我们三号片子在运行中要变成六进制的计数器，0-5-4-3-2-1-0 这样的状态转换， 所以三号片子要在状态为 9 时同步置数到 5，192 除了有置数端 LOAD，还有清除端
一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，由于本次课程设计对精度要 求不高，因此选择用 555 集成电路组成多谐振荡电路产生 f=10Hz 的周期性矩形脉 冲波。555 集成电路组成多谐振荡电路参数设计如图 1 所示。
图 1 555 集成电路组成多谐振荡电路参数设计
2.2 计数器及译码显示电路
8421BCD 码递减计数器由 74LS192 构成。74LS192 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 CPD 端，端接到下一级的 CPU 端即可。
五、心得体会
通过这次的课程设计，我熟练掌握了 MULTISIM 的运用，同时更加深刻地了解了 计数器（特别是 74ls192 双时钟加减计数器），七段译码显示器及一些芯片的运用。
参考文献
[1] 阎石主编. 数字电子技术[M].北京：高等教育出版社，2006 年 [2] 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器[M].北京：国防工业出版社，2005 年 [3] 崔葛瑾主编.数字电路实验基础[M].上海：同济大学出版社，2005 年 [4] 华成英主编.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006 年 [5] 荀殿栋、程宗汇.实用数字电路设计手册[M].电子工业出版社，1994 年 [6] 南心智、刘计训主编.数字电路实验教程.[M].山东大学出版社，2003 年
图 2 8421BCD 码递减计数器及译码显示电路
2.3 控制电路
此控制电路可以完成以下功能： 1、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示 12000，断开“启 动”开关，计数器开始进行递减计数。 2、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“继续”开关，计数器继续累计计数。 3、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态 不变，同时报警电路（发光二极管）工作。 电路图见附录Ⅰ电路原理图。
图8
第一节比赛结束计数电路显示 10000，蜂鸣器报警，LED 发光，如图 9 所示。
6
图9
第二节比赛开始前计数电路显示 22000，如图 10 所示。
图 10
全部比赛结束计数器显示 20000，如图 11 所示。
7
图 11
四、结论
通过这次的课设设计，可以实现篮球的 20 分倒计时功能，上下半场的显示功 能，上下半场的声光提示功能。该设计用仿真软件 MULTISIM 的验证了理论分析结 果的正确性。此次课程设计经过为期 2 周的不懈努力，目前基本达到了预期的要 求，通过对整个系统的调试，可得到如下结论：本设计是基于篮球比赛的计时器， 通过人为操作以及电子线路的控制，达到计时器启动、置数、清零、暂停、继续、 报警响音等功能。
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它的计数原理是，只有当低位借位端发出负跳变借位脉冲时，高位计数器才 做减 1 计数。当高，低位计数器全为 0，且 CPD 为 0 时，计数器完成并行置数，之 后，在 CPD 端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。
8421BCD 码递减计数器如图 2 所示。 用于驱动 LED 七段数码管的译码器常用的有 CD4511。用于驱动 LED 七段共阳 极显示数码管。若将计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可 进行不同数字的显示。译码显示电路如图 2 所示。