数电课程设计-篮球24s倒计时器

课程设计报告

课题名称：篮球比赛24秒倒计时电路的设计

(Basketball 24 seconds countdown circuit design)专业：xxxxxxx

班级：xxxxxxx

学号：xxxxxxx

学生姓名：xxxxxxx

指导教师：xxxxxxx

x年x月x日

课程设计目的

1、围绕课程设计的内容，培养学生查询相关资料以及文献检索的能力；

2、培养学生对以往所学知识的综合运用能力；在理解透课堂所讲知识的基础上，提高学生

的自学能力；

3、培养学生了解并逐步熟悉科学研究的整个过程，养成良好的科学态度以及实事求是、严

谨塌实的工作作风；培养学生独立分析问题和解决问题的科学研究的能力；

课程设计内容

(1)设计要求:

① 设计一个篮球比赛24秒计时器，具备显示24秒计时功能；

②计时器为递减工作，时间间隔为1S ：

③设置外部开关，控制计时器的启动、暂停及清零；

④递减到零时发出声光报警 ：

⑵原理方框图图：

包括秒脉冲发生器、计数器、译码与显示电路、报警电路和控制电路（辅助时序控制电路）

等五个部分组成。计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1其中计数器和控制电路是

系统的主要部分。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

数器、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。当计时器递

减计时到零（即定时时间到）时，显示器上显示00，同时发出光电报警信号。

⑶实际电路图：

秒脉冲 发生器 计数器 译码 显示 控制电路 报警 电路

⑷单元电路： ①8421BCD 码加法计数器模块

计数器选用汇总规模集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加锁计数器，它采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、加锁计数功能。

图1是74LS192外引脚及时序波形图。图中U

CP 、D CP 分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。LD 是异步并行置数控制端（低电平有效）， CO 、BO 分别

是进位、借位输出端（低电平有效），CR 是异步清零端，D3-D0是并行数据输入殿，Q3-Q0

是输出端。

图1 74LS192外引脚及时序波形

74192的功能表见下表2所示。其工作原理是：当LD =1，CR=0时，若时钟脉冲加到U

CP 端，且D CP =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，CO 端发出

进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到U

CP 端，且D CP =1，则计数器在预置数的基础上完成加计数功能。

表2 74LS192功能表

由74LS192组成的二十四进制递减计数器如图3，其预置数为N=（0010 0100）8421BCD=（24）。它的计数原理是：只有当低位1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，且=0时，置数端2=0，计数器完成并行置数，在端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。

图3 74LS192构成的二十四进制递减计数器

②时钟模块

为了给计数器74LS192提供一个时序脉冲信号,使其进行加计数,本设计采用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如图4示.

其中555管脚图如下图2-5示.由555工作特性和其输出周期计算公式可知,其产生的脉冲周期为: T=0.7(R1+2R2)C 。

因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取20k欧姆,R2取62k欧姆,电容取C1为10uF、C2为0.1uF,.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为1秒.

图4 555多谐振荡电路图

③辅助时序控制模块

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S实现计数器的暂停/计数控制。当S为“1”时(左合) ,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S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L 控制计数器的LOAD′异步并行置数控制端,当L 闭合时,LOAD′= 0,计数器预置数,L断开时,LOAD′= 1,计数器处于计数工作状态。计数器清零通过开关R控制, CLR = 1时计数器清零, CLR = 0时,计数器正常计数。

图5 辅助时序控制图

④译码显示模块

此模块主要是由74LS48译码器和共阴极七段LED显示器组成，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段LED显示器从0000递增到4000的计数显示功能。

1. 74LS48是七段显示译码器，其管脚图如下图2-9所示。现将各管脚功能介绍一下： A、B、C、D是BCD码的输入端； a,b,c,d,e,f,g是输出端；

图6 74LS48管脚图

2.共阴极七段LED显示器是较常用的显示数码管，但在使用时要注意的是：

a.看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，最好在使用之前用万电用表测一下它的极性，其管脚图如下图2-10所示，如果为共阴极的，其管脚COM端接地；如果为共阳极的，起管脚COM段要接高电平。

b.还要注意在数码管电路上加上一保护电阻，起限电流的作用。

图7 共阴极七段LED显示器管脚图

调试结果及结论

按照实际电路图连接电路。篮球竞赛30秒计时器开始计数之前,首先将控制开关R 左合,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R右合,使CLR = 0 ,不影响计数器的工作状态。将计数/暂停控制开关S右合,使计时器处于计数状态。此时,控制开关S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L闭合,使LOAD′= 0,对74192进行预置数。由于计数器已设置成三十进制,为此,显示器将显示30。断开L开关(LOAD′= 1) ,计数器从30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。在计数过程中,可随时将计数/暂停开关S右合,暂停计数。

调试时应小心谨慎，电路安装完毕后，首先应检查电路各部分的接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。再接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。

参考文献

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