电子课程设计——篮球竞赛24s计时器学院：电子信息工程学院专业：姓名：学号：指导教师：2014年12月目录一、设计任务与要求----------------------------3二、总体框图----------------------------------3三、选择器件----------------------------------4四、功能模块---------------------------------10五、总体设计电路图---------------------------14六、硬件调试---------------------------------17七、心得与总结-------------------------------17篮球竞赛24s 计时器一 、设计任务与要求1、设计一个具有显示24S 计时功能的篮球竞赛计时器。

2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能。

3、计时器为24S 递减计时器，其时间间隔为0.01秒。

4、计时器减计时到零时，发出报警信号。

二 、基本原理与电路框图1. 电路框图篮球竞赛24秒计时器的电路框图如图2-1所示。

图2-1 电路框图2. 基本原理(1) 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。

十位显示 秒脉冲触发器控制电路计数器 计数器 报警电路个位显示(2) 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。

(3) 译码显示器是DCD_HEX七段发光二极管。

报警电路在实验中可用发光二极管和蜂鸣器组成。

三、选择器件1.原件清单该设计所用的器件如表3-1所示。

表3-1元器件清单序号用途型号数量1 十进制计数器74LS192 2片2 多谐振荡器CM555 1片3 二输入或门74LS32 1片4 二输入与门74LS08 1片5 八输入或门1片6 六输入或非门1个7 数码管2个8 灯泡1个9 蜂鸣器1个10 电阻、电容若干2. 元件介绍（1）74LS19274LS192为可置数的同步十进制双时钟加减计数器，如图3-1所示它具有上升沿有效的加计数时钟端UP和减计数时钟端DOWN；该计数器具有异步清零端，当清零信号CLR为高电平时，实现清零功能；该计数器还有异步置数功能，当置数信号LOAD为低电平时，实现预置数；当计数器加计数，且计数值为9时，进位端CO输出宽度等于加计数脉冲UP的低电平脉冲；当计数器减计数，且计数值为0时，借位端BO 输出宽度等于减计数脉冲DONW 的低电平脉冲。

执行加数功能时，减计数端DOWN 接高低电平，计数脉冲由UP 端输入；执行减数功能时，加数端UP 接高电平，计数脉冲由减数端DOWN 输入。

74LS192的管脚图如图3-1所示。

74LS192的功能表如表3-2所示。

U174LS192DA 15B 1C 10D9UP 5QA 3QB 2QC 6QD7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO 12CLR 14图3-1 74LS192的管脚图表3-2 74LS192功能表输 入输 出CR LD’ UP DOWN D C B A QD QC QB QA 1 * * * * * * * 0 0 0 0 0 0 * * a b c d abcd0 1 ↑ 1 * * * * 加计数功能 011↑****减计数功能（2）555定时器555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为555。

555定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现本设计所需的单稳态触发器。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。

①其逻辑框图555定时器的逻辑框图如图3-2所示。

图3-2 555逻辑框图②内部原理结构555定时器的内部原理结构如图3-3所示。

图3-3 555内部原理结构③功能表在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为CCCCV31,V32的情况下，555时基电路的功能表如表3-3所示。

4 321DC B A5K5K5K+-TQ&&Q+-AASRV1V21DQVTHTLV RCCV SS1284563712CD表3-3 555时基电路的功能表清零端D R 高触发端TH低触发端TLQ n+1 放电管T 功能 0 ⨯⨯0 导通 直接清零 1 CC V 32>CC V 31> 0 导通 置0 1 CC V 32< CC V 31< 1 截止 置1 1CC V 32< CC V 31> Q n不变保持（3）数码管数码管按照其发光二极管的连接方式不同，可分为共阳极和共阴极两种。

共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平，而阳极分别由 a 、b 、c 、d 、e 、f 输入信号驱动，当某个输入为高电平时，相应的发光二极管点亮；共阳极数码管则相反，它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平，而阴极分别由 a 、b 、c 、d 、e 、f 输入信号驱动，当某个输入为低电平时，相应的发光二极管点亮。

由于计数器输出的是8421BCD 码，数码管不能直接显示成数字，为了让数码管显示人们看懂的数字，就需要把计数器输出的8421BCD 码转换成数码管显示的阿拉伯数字，这就需要译码器的翻译。

本设计采用DCD_HEX 七段发光二极管译码显示器。

DCD_HEX 为共阴极LED 数码管。

显示器引脚从左到右依次为：4,3,2,1。

该显示包含了译码功能，所以无需专门的译码器。

数码管的符号如图3-4所示。

图3-4 数码管的逻辑符号（4）与门与门是实现“与”运算的门电路。

与门的逻辑符号如图3-5所示，与门的功能表如表3-4所示。

图3-5 与门的逻辑符号表3-4 与门的功能表输入输出A B Y0 0 00 1 01 0 01 1 1(5) 或门或门是实现逻辑“或”运算的逻辑电路。

或门的电路图如图3-6所示，或门的功能表如表3-5所示。

图3-6 或门的符号表3-5 或门的功能表输入输出A B Y0 0 00 1 11 0 11 1 1 （6）或非门或非门实现或非逻辑。

其符号如图3-7所示。

U1NOR6图3-7 或非门的符号其功能表（真值表）如表3-6所示。

表3-6 或非门真值表输入输出A B Y0 0 10 1 01 0 01 1 0四、功能模块1. 秒脉冲发生器用555集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器。

原理与功能见上页，公式如下：Tw1=0.7 (R2 +R1) C1 Tw2=0.7R1 C1。

振荡周期计算公式：T=0.7 (R2+2R1) C1≈0.01s。

秒脉冲发生器的电路图如图4-1所示。

图4-1 秒脉冲发生器2. 24S倒计时电路根据设计要求实现二十四进制递减，所以该电路需要使用两个十进制同步减法计数，因此使用2个74LS192芯片级联来实现技术功能；又因为该计数器是24进制循环，所以还使用了8输入或门。

74LS192级联是把两个置数段相连，因为要求是递减的24进制，所以把up 端接在电源处，把第一个芯片的减计数脉冲DOWN与第二个芯片的借位端BO 相连；另一要求是24进制循环，因此还需要使用8输入或门来实现，当两个芯片计数到“00”时，8输入或门输出“0”送给置数端，使芯片又显示成“24”,24秒倒计时电路的电路图如图4-2所示。

图4-2 24s倒计时电路3. 控制开关的设计在本次设计中，由于设计的要求，要实现计数器的暂停、置数和回秒控制，所以需要设计三个开关来控制电路。

（1）置数开关、清零开关该设计要求24进制递减且循环具有置数、清零的作用，因此需要加入与门和或门。

将8输入或门的输出端连接在与门的一端，与门的另一端接在置数开关之前；将或门的一端接在与门的输出端，或门另一端接在清零开关之后，其输出端接在两个芯片的置数端LOAD 相连处。

电路如图4-3所示。

U174LS192DA 15B 1C 10D9U P 5Q A 3Q B 2Q C 6Q D7D O W N4~L O A D 11~B O 13~C O 12C L R 14U274LS192DA 15B 1C 10D9U P 5Q A 3Q B 2Q C 6Q D7D O W N4~L O A D 11~B O 13~C O 12C L R 14U3DCD_HEX4321U4DCD_HEX4321VCC 5VU5OR8U6OR2U7AND2J1Key = 2R110kOhm_5%X12.5 VU9NOR6J2Key = 1V1100 Hz 5 VU8200 Hz图4-3 置数、清零开关电路图（3）控制开关因为555产生秒脉冲全靠给C2充放电产生，所以只需中断C2的充放电即可，所以在C2的另一端用一个开关控制接地，这就形成了暂停/连续开关，暂停开关的电路图如图4-4所示。

图4-4 暂停开关电路图4. 报警电路当数码管显示00的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。

报警电路如图4-5所示。

图4-5 报警电路图五、总体设计电路图根据设计要求用555集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器。

实现二十四进制递减，所以该电路需要使用两个十进制同步减法计数，因此使用2个74LS192芯片级联来实现技术功能；又因为该计数器是24进制循环，所以还使用了8输入或门。

要实现计数器的暂停、置数和回秒控制，所以需要设计三个开关来控制电路。

当数码管显示00的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。

篮球竞赛24秒计时器是的总体电路如图5-1所示。

U174LS192DA 15B 1C 10D9U P 5Q A 3Q B 2Q C 6Q D7D O W N4~L O A D 11~B O 13~C O 12C L R 14U274LS192DA 15B 1C 10D9U P 5Q A 3Q B 2Q C 6Q D7D O W N4~L O A D 11~B O 13~C O 12C L R 14U3DCD_HEX4321U4DCD_HEX4321VCC 5VU5OR8U6OR2U7AND2J1Key = 2R110kOhm_5%X12.5 VU8200 HzU9NOR6J2Key = 1U10LM555CMGND1DIS 7OUT 3RST 4VCC 8THR 6CON5TRI 2R210kOhm_5%R32.2kOhm_5%C11.0uFVCC5VC21.0uFJ3Key = 3图5-1 篮球竞赛24秒计时器总体电路1. 计时预备阶段该设计是篮球球竞赛24秒计时器，所以要求是24进制递减计数，开始仿真时，置数、清零、暂停3个开关全都处于断开状态，数码管显示的是24。