目录1 设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍 (1)1.1 设计课题任务 (1)1.2 功能要求说明 (1)1.3 总体方案介绍 (1)2 单元电路的设计 (2)2.1 秒脉冲发生器 (2)2.2 计数器 (4)2.3 译码显示 (4)2.4 控制电路 (5)2.5 报警电路 (5)2.6 电路原理图和PCB图 (5)3 芯片引脚及功能说明 (6)3.1 555定时器 (6)3.2 74LS161 (7)3.3 74LS192 (7)3.4 74LS48 (8)4 仿真结果及分析 (10)4.1 仿真总原理图 (10)4.2 仿真结果 (11)小结 (12)元件清单 (13)参考文献 (14)附录 (15)附录A：电路原理图 (15)附录B：电路PCB图 (16)1 设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍1.1 设计课题任务设计并制作一个篮球竞赛计时器1.2 功能要求说明1.准确计时，具有显示30秒计时功能；2.设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停、连续功能；3.计时器为30s递减计时器，其计时间隔为1s；4.计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。

1.3 总体方案介绍篮球竞赛30秒计时器的总体方案框图如图1.1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时系统的主要模块。

计数器完成30秒技术功能，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、定时完成报警等功能。

图1.1 30秒计时器的总体方案框图2 单元电路的设计2.1 秒脉冲发生器2.1.1 秒脉冲发生器设计原理用555集成电路组成多谐振荡电路如图2.1所示。

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图2.1 555集成电路组成多谐振荡电路2.1.2 秒脉冲发生器设计方案一般来说，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2.2所示。

图2.2 555集成电路组成多谐振荡电路参数设计用74LS161构成10进制计数器如图2.3所示，当周期为0.1秒的脉冲信号由CLK端进入计数器时，每隔10个脉冲74LS161计数一次，所以从CO输出端输出周期为1秒的脉冲信号，完成秒脉冲的设计。

图2.3 74LS161构成10进制计数器2.2 计数器8421BCD码30进制递减计数器由两片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。

此计数器预置数为N=(0011 0000)8421BCD=(30)10。

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30进制递减计数器如图2.4所示。

图2.4 8421BCD码30进制递减计数器2.3 译码显示用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。

74LS48专用于驱动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2.5所示。

图2.5 译码显示电路2.4 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30，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。

电路图见电路原理图。

2.5 报警电路报警电路如图2.所示，两片74LS192的借位输出端与图中的非门输入端相接，当两片74LS192同时有借位输出时，即输出低电平时，二极管导通发光，达到光电报警的作用。

图2.6 报警电路2.6 电路原理图和PCB图2.6.1 电路原理图见附录A2.6.2 电路PCB图见附录B3 芯片引脚及功能说明3.1 555定时器NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。

图3.1 555定时器引脚图NE555引脚图介绍如下：1地GND 2触发3输出4复位5控制电压6门限(阈值）7放电8电源电压Vcc表3.1 555定时器功能表输入输出复位TH Q VT1状态0 ××0 导通1 截止1＜＜0 导通1＞＞原状态不变1＞＜3.2 74LS16174LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器。

图3.2 74LS161引脚图74LS161引脚图介绍如下：CP为时钟输入，P0~P3为数据输入端，/MR清零，使能CEP和CET，PE为置数端，Q0~Q3为数据输出端，以及进位输出TC。

表3.2 74LS161功能表3.3 74LS19274LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

图3.3 74LS192引脚图74LS192引脚图介绍如下：CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。

LD为预置输入控制端，异步预置。

CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。

表3.3 74LS192功能表输入输出———CP U CP D D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 CR LD1 X X X X X X X 0 0 0 00 0 X X d c b a d c b a0 1 1 1 X X X X 保持0 1 1 X X X X 加计数0 1 1 X X X X 减计数3.4 74LS48段显示译码器74LS48是输出高电平有效的译码器。

图3.4 74LS48引脚图74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。

由74LS48真值表可获知74LS48所具有的逻辑功能：（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA 经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。

除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平，见表1中1～16行。

（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。

该功能主要用于多显示器的动态显示。

（3）灯测试功能（LT = 0）此时BI/RBO端作为输出端，端输入低电平信号时，表1最后一行，与及DCBA 输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。

该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。

（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。

DCBA≠0，则对显示无影响。

该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。

表3.4 74LS48功能表4 仿真结果及分析4.1 仿真总原理图图4.1 仿真总原理图4.2 仿真结果数码管显示：555定时器输出f=10Hz的脉冲：小结课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。

整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。

通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力也增强了我其它方面的能力。

在设计中，我充分应用我们所学的知识，例如：集成电路74LS系列、三极管、二极管、定时器555等元件的应用。

这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了我的实际操作能力。

在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

这次设计所用的的工具是Multisim 10.0.1,由于之前接触过类似的软件，所以画图和仿真就比较方便，使设计的质量得到了保证。

本次课程设计提高了我的综合动手能力和工程设计能力，它使我的理论知识得到了综合应用，培养我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。

电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。

我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。

课程设计的自主设计、学习和研究过程中，通过写课程设计的总结报告，初步训练我的书面表达能力。

组织逻辑能力，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步发展帮助较大。

同时也加强了对课本知识的理解，使我们做到理论和与实际的联系，收获很大。

并且我也深深地体会到自己所学知识的不足，激发了我的自学能力和应对挑战的能力。

为今后学习打下了良好的基础，也培养了我们严谨务实的作风。

元件清单参考文献[1] 阎石.数字电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，1998.11 [1] Yan Shi. Fundamentals of digital electronic technology (Fourth Edition). Beijing: Higher Education Press, 1998.11[2] 谢自美.电子线路设计实验测试（第三版）.武汉：华中科技大学出版社,2006.08[2] Xie Zimei. The electronic circuit design experiment (Third Edition). Wuhan:Huazhong University of Science and Technology press, 2006.08附录附录A：电路原理图附录B：电路PCB图。