数字电子技术课程设计说明书篮球竞赛24秒计时器设计系、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：职称讲师专业：电气班级：电气完成时间： 2012-6-6前言电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。

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是何其重要的。

篮球作为一项全民健身项目，已有一定的历史。

在中国，篮球很盛行，篮球比赛也日趋职业化。

篮球比赛中有一项违例时间要用倒计时器，目前多数采用的是24秒制。

有需要就会有市场，因此设计一款24秒计时器是非常有必要也非常有前景的。

该计时器要有递减计时及报警功能。

因此符合比赛中违例判罚的需要。

在NBA比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24秒，否则就犯规了。

本课程设计的“篮球竞赛24秒计时器”，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犯规。

本设计主要能完成：显示24秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；计时器为24秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。

整个电路的设计借助于proteus仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在proteus下设计和进行仿真，得到了预期的结果。

目录第1章电路方案的选择及电路框图 (5)设计方案 (5)电路框图 (5)第2章设计思路及其工作原理的介绍 (6)设计思路 (6)基本原理 (6)第3章单元电路的设计 (8)24进制计数器的设计 (8)数码显示电路的设计 (9)秒脉冲的设计 (11)控制开关电路的设计 (13)报警电路的设计 (13)整机工作原理 (14)第4章电路仿真 (15)计时预备阶段 (15)计时阶段 (16)暂停\连续功能的实现 (17)电路报警 (18)第5章安装及调试步骤 (19)第6章故障分析与电路改进 (20)故障的分析和解决 (20)电路的改进 (20)结束语 (21)参考文献 (22)附录1 篮球竞赛24秒计时器总电路原理图 (23)附录2 元器件清单 (24)第1章电路方案的选择及电路框图设计方案方案一：采用计数器74LS192作为核心部分。

同时选择74LS48作为BCD码译码器来对7段数码显示管进行译码驱动，两个七段数码显示管进行显示。

采用555计时器制成的多谐振荡器，进行秒脉冲的输入。

因为我们需要对其进行暂停、清零、报警等控制，所以我们使用了两个开关来控制计数器的各功能的实现，从而实现各种功能。

方案二：采用单片机AT89S51作为核心部分，编写程序。

用74LS48和7段数码显示管组成显示电路。

采用三个开关控制启动、暂停、清零、报警从而实现各种功能。

在两个方案中，单片机价格比较贵，编写程序繁琐，原理说明性不够强，在考虑到用低成本都能完成同样的效果的前提下以及此次做的是数字电子技术课程设计，因紧贴数字电子技术的相关知识，所以在本次设计采用方案一。

电路框图24秒倒计时计时器的方案框图如图1-1所示。

它是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制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，控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数功能，译码显示电路完成数字显示功能，报警电路产生光电报警功能。

秒脉冲发生器产生时钟脉冲信号，这个信号作为电路的定时标准，其电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡其构成。

图1-1 24秒计时器系统设计框图控制电路手动置数计数器，译码显示电路出现显示，秒脉冲发生器产生秒脉冲刺激计数器递减，随之译码显示电路递减。

暂停/连续时，控制电路控制秒脉冲发生器暂停/连续秒第2章设计思路及其工作原理的介绍设计思路本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛24秒计时器。

此计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能，同时应用了七段数码管来显示时间。

此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。

本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的实用价值。

篮球竞赛记时系统的主要功能包括：进攻方24秒倒计时和计时结束警报提示。

攻方24秒倒计时，当比赛准备开始时，屏幕上显示24秒字样，当比赛开始后，倒计时从24逐秒倒数到00。

这一模块主要是利用双向计数器74LS192来实现；警报提示：当计数器计时到零时，给出提示音。

这部分电路主要通过移位寄存器和一些门电路来实现。

此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。

在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。

此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示、报警为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。

基本原理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和鸣蜂器代替。

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在与门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。

第3章单元电路的设计24进制计数器的设计计数器选用集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加法计数器，它采用8421码十进制编码，并具有直接清零、置数、加减计数功能。

图3-1是74LS192引脚排列。

图中CU、CD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。

PL是异步并行置数控制端（低电平有效），TCU 和TCD是进位、借位输出端（低电平有效），MR是异步清零端，P3-P0是并行数据输入端，Q3-Q0是输出端。

图3-1 74LS192的引脚排列74LS192的功能表见表3-1所示。

表 3-1 74LS192功能表输入输出MR CU CD P0P1P2P3Q0Q1Q2Q31×××××××000000××a b c d a b c d01↑1××××加计数当PL=1，MR=0时，若时钟脉冲加到端CU ，且CD =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，TC U 端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到CD 端，且CU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，TC D 端发出借位下跳变脉冲。

由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下图3-2所示。

图3-2 8421BCD 二十四递减计数器其预置数为N=（00100100）= (24)10。

在CD 端的输入时钟脉冲作用下，开始递减。

只有当低位 TC D 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 , 完成一个计数周期，然后手动置数PL=0, 计数器完成置数 ,再次进入下一循环减计数。

数码显示电路的设计0 1 1 ↓ × × × × 减计数根据设计的要求采用74LS48译码器来驱动共阴极数码显示管。

74LS48芯片是一种常用的七段数码管驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中。

74LS48和共阴极七段LED显示器如图3-3连接。

这样连接74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需像CC4511外接限流电阻。

图3-3 显示电路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。

LT——为测试端，低电平有效，当LT——=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。

RBI———为灭零输入端,低电平有效。

在LT——=1，RBI———=0，且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭。

但当译码输入不全为0时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。

BI\RBI是一个特殊的端口，有时作用于输入，有时作用于输出，在这里不多做介绍。

74LS48功能表见表3-2。

输入输出字形数字LT——RBI——— A B C D BI/RBO a b c d e f g 0123451111111XXXXX0 0 0 01 0 0 00 1 0 01 1 0 00 0 1 01 0 1 01111111 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 112345表3-2 74LS48的功能表七短数码管的引脚图如图3-4所示，在使用时要注意是共阳还是共阴，其中3脚和8脚相连为公共端，因为此次设计是使用的共阴极数码管，所以在电路中接地，6脚为小数点引脚，在设计中没要求不需要对其处理。

图3-4 七短数码显示管的引脚图秒脉冲的设计根据设计要求，电路需要产生间隔为一秒的时间脉冲，完成正确的计数功能。

所以选择NE555定时器来设计此电路。

从而产生标准的秒脉冲。

NE555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。

只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。

它在波形的产生与67891111XXXX0 1 1 01 1 1 00 0 0 11 0 0 111111 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 16789消隐脉冲消隐灯测试X1XXXXXX0 0 0 0XXXX10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 18变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。