湖南工业大学课程设计资料袋电气与信息工程学院（系、部）2016～2017 学年第 1 学期课程名称电子技术课程设计指导教师黄卓冕职称讲师学生姓名谢富专业班级电气工程1401 学号14401300114题目篮球比赛24秒计时器设计成绩起止日期2016 年11 月14 日～2016 年11 月18 日目录清单湖南工业大学课程设计任务书2016年～2017学年第1 学期电气与信息工程学院（系、部）电气工程专业1401 班级课程名称：电子技术课程设计设计题目：篮球比赛24秒计时器设计完成期限：自2016 年11 月14 日至2016 年11 月18 日共 1 周安排2016.11.15--17 学生进行设计2015.11.18 学生修改、打印设计报告主要参考资料[1] 康华光电子技术基础模拟部分（第五版）高等教育出版社 2007年[2] 欧伟明. 实用数字电子技术. 北京：电子工业出版社，2012[3] 陆应华. 电子系统设计教程. 北京：国防工业出版社，2005[4] 李忠波等. 电子技术仿真与实践. 北京：机械工业出版社，2004指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日电子技术课程设计设计说明书起止日期：2016 年11 月14 日至2016 年11 月18 日篮球比赛24秒计时器设计学生姓名谢富班级电气工程1401学号14401300114成绩指导教师(签字)电气与信息工程学院（部）篮球比赛24秒计时器设计设计目的及要求一、设计要求（1）设计指标1、具有24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、在直接清零时，要求数码显示器灭灯。

4、计时器为24秒递减时, 计时间隔为1秒。

5、计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。

6、将24秒递减计时器改为24秒递增计时器，试问电路要作哪些相应的改动。

它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等五个部分组成。

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，而控制电路是控制计时器的直接清零、启动计数和暂停/连续计数、译码显示电路的显示和灭灯等功能。

为保证系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系：1．操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。

2．当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP（秒脉冲信号），同时计数器完成置数功能，数码显示器显示24秒字样；当启动开关断开时，计数器开始计数。

3．当暂停/连续开关闭合时，控制电路封锁时钟信号CP，计数器处于锁存状态；当暂停/连续开关断开时，计数器继续累计计数。

（2）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图）；2、元器件及参数选择；3、列出实验数据和时序波形。

4、电路仿真与调试（用EWB软件）；设计任务一、计时器概述1、计时器的特点及应用在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机，还可以用来做为各种药丸、药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会的应用是相当普遍的。

在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就违例了。

本课程设计“智能篮球比赛倒计时器的设计”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间24秒限制。

一旦球员的持球时间超过了24秒，它自动的报警从而判定此球员的违例。

二、电路设计原理及单元模块1、设计原理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。

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。

译码显示电路由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。

主体电路：24秒倒计时。

24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。

选取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲信号通过一个与门将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。

2、设计方案图1、电路框图总体电路说明：倒计时功能主要是利用192计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换，以适合分和秒的不同需要。

由于该系统特殊的需要，到计时器到零时，通过停止控制电路使计数器停止计数并发出蜂鸣警报。

3、单元模块3.1、所用各个芯片功能3.1.1、555定时器555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

555 定时器的内部电路框图如右图所示。

图2、555定时器内部结构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 /3555 定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器C1 的反相输入端的电压为2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。

若触发输入端TR 的电压小于VCC /3，则比较器C2 的输出为0，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH 的电压大于2VCC/3，同时TR 端的电压大于VCC /3，则C1 的输出为0，C2 的输出为1，可将RS 触发器置0，使输出为低电平。

表6—1 555定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端TRQ放电管T 功能0 ××0 导通直接清零1 0 1 x保持上一状态保持上一状态1 1 0 1 截止置11 0 0 1 截止置11 1 1 0 导通清零表1 555定时器的功能表3.1.2、74LS487448是7段显示译码器,输出高电平有效的译码器。

工作电压为5V，用于驱动共阴极数码管，7448除了有实现8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。

功能或数字输入输出显示字形a b c d e f g灭灯××××××0 0 0 0 0 0 0 0 灭灯试灯0 ××××× 1 1 1 1 1 1 1 1 8动态灭灯 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 灭灯0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 01 1 ×0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 12 1 ×0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 23 1 ×0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 34 1 ×0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 45 1 ×0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 56 1 ×0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 67 1 ×0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 78 1 × 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 89 1 × 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 910 1 × 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 无效输出11 1 × 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 112 1 × 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 113 1 × 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 114 1 × 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 115 1 × 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0表2、74LS48功能表3.1.3、74LS19274LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。

其功能表如下：3.1.4、数码管数码管也称LED数码管，晶美、光电、不同行业人士对数码管的称呼不一样，其实都是同样的产品。

数码管按段数可分为七段数码管和八CP U CP D LD CR操作××× 1 清零××0 0 置数↑ 1 1 0 加计数1 ↑ 1 0 减计数1 1 1 0 保持段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，也就是多一个小数点（DP）这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容；按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。

按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。

共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。

共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

LED数码管引脚定义3.2、各单元电路3.2.1、秒脉冲发生电路秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。

电路图如下图所示。

当开关断开时，两电阻阻值设置为20K与62K，使得555定时器产生周期为1s的脉冲。

3.2.2、倒计时电路24秒倒计时电路。

这部分电路的主体部分在时钟脉冲的输入情况下工作，下面进行具体分析。

计数器的倒计时功能。

用两片74LS192分别做个位（低位）和十位（高位）的倒计时计数器，将低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲，同时将外界时钟脉冲信号输入到个位（低位）的down端，实现电路的倒计时功能。