篮球比赛24秒定时电路设计

毕业设计论文题目篮球比赛24秒定时电路设计系xxxxxxxxxxxx专业xxxxxxxxxxxx班级名称xxxxxxxx学生姓名xxxxxxxx学号xxxxxxxxxx指导老师xxxxx职称xxxxxx毕业设计时间2021年11月——2021年1月摘要：电子技术课程设计是电子技术课程的实践性环节，是对所学的电子技术根本理论知识的综合运用。课程设计是根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求，进行电路的独立设计，实验安装和调试，在实验板上进行电子产品的制作和写出实验总结报告。

本设计是以555构成震荡电路，由74LS192来充当计数器，构成NBA24秒倒计时电路。该电路简单，无需用到晶振，芯片都是市场上容易购得的。设计功能完善，能实现直接清零、启动和暂停/连续计时，还具有报警功能。

该方案虽然实现了课题的内容和要求，但还有些地方不够完善，错误和不妥之处,敬望指导老师批评指正。

关键词：计数器；振荡器；篮球比赛；24秒定时器目录第一章定时电路系统概述1、引言 32、技术要求 53、给定条件及器件 54、设计内容 5第二章篮球竞赛24秒定时的方法电路的组成 62、设计原理及步骤7第三章系统电路图或实现过程1、秒脉冲发生器82、计数器103、控制电路114、译码显示电路135、辅助时序控制电路156、报警电路167、总电路图17第四章安装与调试 18第五章小结……………………19参考文献： …………21

第一章定时电路系统概述1、引言：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，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局部，特别是在各种竞技运动中，定时器成为检验运发动成绩的一个重要工具。根据这次课程设计的内容和要求，我首先进行了整体方案的构思，通过在图书馆查阅资料，并分析和比拟，选取了一种简单而且可行性高的方案。555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成斯密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器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。

555电路在作定时器使用时，CB555和CB7555的定时精度分别是l％和2％。

555的单稳电路由555电路本身和一个RC定时电路两大局部组成。555电路的输入端就接在定时电路中的定时电容CT上。在第1讲中已介绍过：可以把555电路看成是一个特殊的R-S触发器，它的两个输人端的触发电平要求不同，阈值要求也不同。因此，555单稳电路的工作过程大致是：先取这个特殊触发器两种状态中的一种作为单稳电路的稳态。然后用输入脉冲或人工板动开关等方法去启动这个电路，使它从原来的稳态转到另一种状态，即进人暂稳态。与此同时，开始给定时电容CT充电，等CT上的电压到达阈值电压时，这个特殊的触发器就会从暂稳态又翻转回到原来的稳态。从暂稳态开始到完全恢复成稳态的这段时间就是暂稳态的时间。假定翻转的时间小到可以忽略不计，显然，暂稳态持续的时间只和定时电路中电阻电容的数值有关而和555电路以及触发脉冲天关。触发脉冲在这里只是起着启动或开关的作用。至于稳态和暂稳态究竟是高电平还是低电平，根据电路的要求决定。

可见555单稳电路中的两大局部的分工是：555时甚电路本身好比是一扇门，它只管开或关；定时电路那么是控制开门的时间长短。这两大局部是必不可少的。

因为如此，国际上个主要的电子器件公司也都相应地生产了各自的555定时器产品。尽管产品型号繁多，但所有双极型产品型号最后的3位数码都是555，所有CMOS产品型号最后的4位数码都是7555。而且，它们的功能和外部引脚的排列完全相同。为了提高集成度，随后又产生了双定时器556〔双极型〕和7556〔CMOS型〕。CB556的突出优点是驱动能力强，而CB7555的突出优点是电源电压范围宽、输入阻抗高、功耗低。因此在实际应用中，在负载轻、要求功耗低和使用较低电源电压以及定时要求长〔定时电阻＞10兆欧〕的场合，应核选用CB7555或CB7556。而在负载较重的场合那么应选用CB555或CB556。

此外，计数器是数字系统中使用的最多的时序电路，它不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。计数器的种类很多。如果按照计数器中的触发器是否同时翻转分类，可以把计数器分为同步式和异步式两种。在同步式计数器中，当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同步发生的。而在异步计数器中，触发器的翻转有先有后，不是同时发生的。如果按照计数过程中计数器的数字增减分类，又可以把计数器分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。随着计数脉冲的不断输入而作递增计数的叫加法计数器，做递减计数的叫减法计数器，可增可减的叫逆计数器。如果按计数器的数字的编码方式分，还可以分为二进制计数器，二—十进制计数器、循码计数器等等，种类非常繁多。以下就是我以555构成震荡电路，由74LS192来充当计数器，构成NBA24秒倒计时电路。该设计为使用于篮球比赛规那么当中，使篮球比赛更加有序进行，并且增加了趣味性。对于现在社会，篮球运动已经被越来越多的人接受并喜爱，这次设计无论是在现阶段还是在将来都是非常有意义的。2、技术要求：1、设计一个24秒计时电路，并具有时间显示的功能。2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零，启动和暂停/连续计时。3、要求计时电路递减计时，每隔一秒钟，计时器减一。4、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。3、给定条件及器件：1、集成电路：74LS1922片，74LS482片，NE5551片2、电阻：10kΩ4片，15kΩ68kΩ1kΩ各1片3、电容：10μF1片，0.1μF1片4、其他器件：发光二极管1只，共阴极七段LED显示器2只双刀开关2只4、设计内容：1.电路各局部的组成和工作原理。2.元器件的选取及其电路图和功能。3.电路各局部的调试方法。4.在整机电路的设计调试过程中，遇到的问题的原因及解决的方法。5、设计目的：通过本设计，熟悉计数器、振荡器、显示电路的设计方法，同时熟悉数字系统设计中不同数字信号之间时序配合的设计方法。6、设计报告要求：分析实验任务，选择技术方案；确定原理框图；画出电路原理图；对所设计的电路进行综合分析，包括工作原理和设计方法；写出调试步骤和调试结果，列出实验数据；画出关键信号的波形；对实验数据和电路的工作情况进行分析，得出实验结论；写收获和体会。第二章篮球竞赛24秒定时的方法1、电路的组成1.1、24秒定时器的总体参考方案框图如下图。它包括秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助时序控制电路〔简称控制电路〕等五个局部。图124秒定时器的方框图1.2、秒脉冲发生器——产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准，但本设计对此信号的要求并不是太高，电路可以采用555集成电路构成。1.3、计数器——完成24秒计时的功能。1.4、单元译码显示电路——可以用74LS48和共阴极七段LED显示器组成。1.5、控制电路——完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/继续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。1.6、电路报警电路——可以用发光二极管组成。本设计的核心局部是要设计一个24S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，因此系统可以采用图1中的技术方案。其中24S计数器和控制电路是整个系统的核心局部，24S计数器为递减计数器，控制电路实现计数、外部清零、启动计数、暂停/连续、译码/显示、报警等控制。秒脉冲发生器产生频率为1S的脉冲信号，作为计数器的计时脉冲。

2、设计原理及步骤2.1、设计原理:

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〕等五个局部组成。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局部。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。

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是太高，电路采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器的构成。

译码显示电路用74LS48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。

2.2、模块说明：

8421BCD码递减计数器

计数器选用中规模继承74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加/减计数功能。通过查阅有关书籍和综合已学的数字电子技术的知识，并考虑到电路的工作稳定性，设计本钱低，电路简单，功耗低，元器件货源充足等因素，同时还留有余地用于电路的功能扩展〔如紧急情况的处理〕，鉴于此选用了比拟常见的元器件来构成各单元电路，选取所须的元件后，对各电路元件的参数进行了计算，然后进实验室进行电路的安装和调试。经过几天紧张的电路安装和调试，期间还进行了局部方案的修改和改良，实现了课程设计的主要任务和具体要求。第三章系统电路图或实现过程1、秒脉冲发生器脉冲信号发生器需要产生一定精度和幅度的矩形波信号。实现这样矩形波的方法很多，可以由非门和石英振荡器器构成，可以由单稳态电路构成，可以由施密特触发器构成，也可以由555嗲路构成。不同的电路对矩形波频率的精度要求不同，由此可以选用不同电路结构的脉冲信号发生器。本实验中由于秒脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度直接影响计数器的精度，因此要求秒脉冲信号有比拟高的精度。一般情况下，要做出一个精度比拟高、频率很低的振荡器有一定难度，工程上解决这一问题的方法是先做一个频率比拟高的矩形波振荡器，然后将其输出信号通过计数器进行多级分频，就可以得到频率比拟低、精度比拟高的脉冲信号发生器，其精度取决于振荡器的精度和分频级数。按照这样的思路设计出如图2所示的脉冲信号发生器。图2脉冲信号发生器用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟，如图3接：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，会使比拟器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，比拟器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。R2又开始充电；周而复始，形成振荡。那么其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。

图3多谐振荡器输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：tw1：uC(0)=VCC/3V、uC(∞)=VCC、t1=(Ra+Rb)C、当t=tw1时，uC(tw1)=2VCC/3代入三要素方程。于是可解出tw1=0.7(Ra+Rb)Ctw2：uC(0)=2VCC/3V、uC(∞)=0V、t1=RBC、当t=tw2时，uC(tw2)=VCC/3代入公式。于是可解出振荡周期T=tw1+tw2=0.7(Ra+2Rb)C=1(s)多谐振荡器的波形：ttuctuoOO2、计数器

秒信号经秒、分计数器后分别得到“秒〞个位、十位，“分〞个位、十位的计时输出信号，然后输出到译码显示电路。“秒〞计数器应为60进制，而“时〞计数器可为大于等于40的任意进制。

⑴六十进制计数器

可以由两块MSI计数器构成，一块十进制，一块六进制，组合起来就构成六十进制计数器。实验室可提供的MSI计数器有T213、T217、74LS90、74LS190、74LS192、74LS160等，读者可任选。

⑵大于等于40的任意进制计数器

由两块MSI计数器构成，低位是十进制，高位可为大于等于四的任意进制。

⑶由篮球比赛的特点，计时器也可以设计成计距离比赛结束的时间，因此这种方案需用减法计数器。本设计中计数器是由两片74LS192的8421BCD码递减计数器构成。74LS192是十进制同步加/减法计数器，采用8421BCD码编码，具有直接清零、异步制数的功能，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。详见下面功能表。由功能表可以看出，当=1，CR=0，CPD=1时，如果时钟脉冲加到CPU端，那么计数器在预置数的根底上进行加法计数，当计数到9〔1001〕时，端输出进位下降沿跳变脉冲；当=1，CR=0，CPD=1时，如果有时钟脉冲加到CPD端，那么计数器在预置数的根底上进行减法计数器，如图3所示。图中预置数为〔00100100〕8421BCD=〔24〕10。只有当低位1端发出借位脉冲，高位计数器才做减计数。当高，低位计数器全为零时，且CPD为0时，置数端2，计数器完成并行置数，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。图4递减计数器74192功能表：输入输出RCP+CP-D0D1D2D3Q0Q1Q2Q31XXXXXXX00XXI0I1I2I301↑1XXXX0111XXXX0111XXXX0000I0I1I2I3加计数减计数保持3、控制电路按照系统要求，电路应该完成以下4个功能：1〕当操作直接清零按键时，要求计数器清零。2〕当启动按键闭和时，控制电路应封锁时钟信号CP〔脉冲信号〕，同时计数器完成置数功能，显示器显示30s字样。当启动按键释放时，计数器开始减法计数。3〕当暂停/连续开关处于暂停状态时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示器显示原来的数，而且保持不变，当暂停/连续开关处于连续状态时，计数器正常计数，另外，外部操作开关都应采取消斗措施，以防止机械震动造成电路工作不稳定。4〕当计数器递减到零时，控制电路输出报警信号，计数器保持不变。按照以上要求设计如图5示电路，图中S2拨向清零端时，74LS192的CR=1，计数器清零；当S2拨向工作端时，CR=0，计数器进入工作状态，这时，假设按下启动按键S1，计数器置数，假设释放S1，那么计数器在置数的根底上开始递减计数。当S3拨向连续端时，G4输出为高电平，此时如果BO=1，那么将G2翻开，秒脉冲进入计数器，计数器进行连续计数；当S3拨向暂停端时，G4输出低电平，将G2封琐，计数器没有计数脉冲送入，暂停计数。当计数器计数满24个脉冲，高位计数器〔N5〕的BO端输出低电平，一方面将G2封锁，另一方面点亮发光二极管，发出报警信号。需要说明的是，当N5计数到0时输出的借位信号持续的时间很短，为了使得报警发光二极管在报警状态持续足够的时间，可用所存器将错位脉冲锁存起来，也可以用单稳态电路将借位脉冲的宽度展到足够宽，然后用锁存或展宽后的信号控制报警电路。图5计数器控制电路4、码显示电路选用器件时应注意显示译码器和显示器的相互配合。一是驱动功率要足够大，二是逻辑电平要匹配。例如，采用共阴型LED数码管应选“译中〞为高电平的译码器；高电平驱动LED数码管时不能用普通TTL译码器，应选用功率门或者OC门。按照上面的要求设计如图4连接，用74LS48和共阴极七段LED显示器组成。74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线、、。端为测试端。在端接高电平的条件下，当=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，a～g输出全为高电平，使7段显示器件显示“8〞字型，此功能用于测试器件。端为灭零输入端。在=1，条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出a～g全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。但当输入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。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a～g均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。另外，该端还有第二功能——灭零信号输出端，记为。当该位输入的A、B、C、D=0000且时，此时输出低电平；假设该位输入的A、B、C、D不等于零，那么输出高电平。假设将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。例如对整数局部，将最高位的接地，这样当最高位为零时“灭零〞，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零〞功能；而对于小数局部,应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低位的接至高位的。74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需外接限流电阻。此处要是保持数码管不黑屏就将BI/RB0，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。图5显示电路7448功能表：输入输出显示字型DCBAgfedcba0X1XXXX1010000XX0XXXX1111111000000000000008灭灭11100001X100011X100101X100111X101001X101011X101101X101111X110001X11001011111100001101011011100111111011011101101111110000001111111111110011101234567891X110101X11111………1011000………0000000无效输出

5、辅助时制电路此控制电路可以完成以下四项功能：1、操作“清零〞开关，要求计数器清零，2、闭合“启动〞开关，计数器应完成置数功能，显示器显示24，断开“启动〞开关，计数器开始进行递减计数。3、当“暂停/连续〞开关处于“暂停〞是，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续〞开关，计数器继续累计计数4、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，同时报警电路工作。同时应注意的是如图可以知道两个与非门构成的根本RS出发器，构成防止产生机械开关的毛刺现象，并控制输入信号的输入从而到达，占停计时和继续计时。图6图76、报警电路当芯片2输出为低电平时发光二极管工作，发出报警。图8报警电路7、总电路图图9总电路图第四章安装与调试1、根据设计的电路图在面包板上按各个模块组装接好实际电路，检查电路接线正确，然后对各个模块进行功能检测校正：1.1、对7448芯片的译码显示通过一系列输入测试是否与其功能表相同1.2、对74192的逻辑功能通过万用表进行测试，验证其功能状态；1.3、对各芯片组成的触发器的逻辑功能测试，验证其功能状态；2、当检测出问题后分析出原因，是元器件本身原因还是接线错误，更换元件或重新正确接线，保证电路的正确运行。3、检测正确把各个模块整体连接，联调校正，检测电路是否能满足系统的设计要求。4、经检测校正各个模块正确实现其功能，整体电路满足系统的设计要求。第四章小结在老师的谆谆教导以及自己不懈的努力下，我的毕业设计终于完成了，我的内心是无比冲动的，看者自己的劳动成果，有很多的感触与认识。在此次设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和疑惑的位置，还有一些出现的未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。这让我学到了很多书本上所学不到的知识，使我获益良多。同时在实验的过程中让我明白了无论做什么事都需要严谨的做事态度，比方在实验过程中我们的设计是无论如何也不可以出过失的，哪怕是一丁点的错误也会影响到实验的最终结果，这就要求我们细心细心再细心，认真认真再认真。我在课题设计中不怕失败