电气工程系电子实验室课程设计报告课程名称数字电子技术基础课程设计设计题目篮球竞赛24秒计时器设计班号KT623-3 专业自动化(汽车电子工程) 学生姓名学号 4 指导教师（签字）起止日期 2009年 1月 6日－2009年 1月 9日目录前言 (2)第一章计时器概述 (3)1.1篮球竞赛24秒计时器功能 (3)1.2 设计任务及要求 (3)1.2.1基本要求 (3)1.2.2 设计任务及目标 (4)1.2.3 主要参考器件： (4)第二章电路设计原理与单元模块 (5)2．1 设计原理 (6)2．2 设计方案 (7)2．3 单元模块 (8)2.3.1 8421BCD码递减计数器模块 (8)2.3.2 时钟模块 (10)2.3.3 辅助时序控制模块 (12)2．3．4 译码显示模块 (13)第三章安装与测试 (14)3.1 电路的安装 (15)3.2 电路的调试 (16)第四章实验体会 (16)结论 (17)致谢 (17)参考文献 (19)附录 (20)前言数字电子技术课程设计是数字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。
本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30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应用价值。
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。
第一章计时器概述1.1篮球竞赛24秒计时器功能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部分，特别是在各种竞技运动中，定时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。
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；在直接清零时，数码管显示器灭灯；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。
1.2 设计任务及要求1.2.1基本要求(1）显示24秒计时功能。
（2）控制计时器直接清零、启动、暂停/连续功能。
（3）计时器为24秒递减计时器。
（4）递减计时到零时，显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。
1.2.2 设计任务及目标（1）根据原理图分析各单元电路的功能；（2）熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；（3）进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求；（4）写出完整、详细的课程设计报告。
1.2.3 主要参考器件：555 74LS08（1）74LS74（1）74LS48（2）74LS192（2）第二章电路设计原理与单元模块2．1 设计原理24秒计时器的总体参考方案框图如图2-1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。
图2-1 24秒计时器系统设计框图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。
2．2 设计方案分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成24s 计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停／连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。
为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。
在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。
当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“24”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停／连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停／连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。
系统设计框图如图2-1所示。
篮球竞赛24秒计时器实验电路如图2-2所示。
图2-2 篮球竞赛24秒计时器2．3 单元模块2.3.1 8421BCD 码递减计数器模块计数器选用汇总规模集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加锁计数器，它采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、加锁计数功能。
图2-3是74LS192外引脚及时序波形图。
图中U CP 、D CP 分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。
LD 是异步并行置数控制端（低电平有效）， CO 、BO 分别是进位、借位输出端（低电平有效），CR 是异步清零端，D3-D0是并行数据输入殿，Q3-Q0是输出端。
74192的功能表见下表2-1所示。
其工作原理是：当LD =1，CR=0时，若时钟脉冲加到U CP 端，且D CP =1图2-3 74LS192外引脚及时序波形图表2-1 74LS192功能表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，CO 端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到D CP 端，且U CP =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，BO 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2-4所示图2-4 8421BCD 二十四递减计数器CP U LD R D 功 能 1 x x x x x 0 0 01 0 1 1 1 清零 置数 加法计数 减法计数CP D其预置数为N=（00100100）= (24)10。
它的计数原理是 : 只有当低位1BO 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 , 且D CP 为 0 时 , 置数端2LD =0, 计数器完成并行置数 , 在D CP 端的输入时钟脉冲作用下 , 计数器再次进入下一循环减计数。
2.3.2 时钟模块为了给计数器74LS192提供一个时序脉冲信号,使其进行减计数,本设计采用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如图2-6示.其中555管脚图如下图2-5示.由555工作特性和其输出周期计算公式可知,其产生的脉冲周期为: T=0.7(R1+2R2)C 。
因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取15k 欧姆,R2取68k 欧姆,电容取C 为10uF 、C1为0.1uF,.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为1秒.图2-5 555管脚图图2-6 555多谐振荡电路图2.3.3 辅助时序控制模块为了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。
从系统的设计要求可知 , 控制电路要完成以下四项功能 :①操作“直接清零”开关时 , 要求计数器灭灯。
②闭合“启动” 开关时 , 计数器应完成置数功能 , 显示器显示24秒字样 ; 断开“启动”开关时 , 计数器开始进行递减计数。
③当“暂停 / 连续”开关处于“暂停”位置时 ,控制电路封锁时钟脉冲信号 CP , 计数器暂停计数 , 显示器上保持原来的数不变，“暂停 / 连续” 开关处于“连续”位置时 , 计数器继续累计计数。
④当计数器递减计数到零 ( 即定时时间到 ) 时 , 控制电路应发出报警信号 , 使计数器保持零状态不变 , 同时报警电路工作。
如图2-7所示.图2-7 光电报警电路当计数到零时,两计数器借位端输出多为低（0）,故本设计将高位片借位BO反馈到二极管负极性端,此时+5V电源经1k电阻使发光二极管发出光电报2BO端输出为高（1）,二极管不报警. 警信号,完成报警功能,而在递减计数时,2图2-8是辅助时序控制电路图。
图 2-8 辅助时序控制电路图（时钟信号控制电路）LD接 74LS192 的预置数控制端, 当开关1S接地时 , LD=0,74LS192 进行置数 ; 当1S接高电平时, LD=1,74LS192 处于计数工作状态 , 从而实现功能②的要求，当然本设计只要将启动信号直接加到置数端，见图2-2。
图2-8 是时钟脉冲信号 CP 的控制电路 ,控制 CP 的放行与禁止。
当定时时间未BO=1, 则 CP 信号受“暂停 / 连到时 ,74LS192 的借位输出信号路 , 2续” 开关2S的控制 , 当2S处于“暂停”位置时 ,或门输出 0 , 计数器暂S处于“连续”位置时 , 或门输出 1, 计数器在 CP 作用下 , 停计数 ; 当2继续累计计数。
BO =0, D触发器备置 1,Q’=0,此时计数器保持零状态当定时时间到时2不变。
从而实现了功能③、④的要求。
至于功能①的要求, 可通过控制 74LS192 的异步清零端CR 实现。
2．3．4 译码显示模块此模块主要是由74LS48译码器和共阴极七段LED显示器组成，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段LED显示器从30递减到零的计数显示功能。
1. 74LS48是七段显示译码器，其管脚图如下图2-9所示。
现将各管脚功能介绍一下：A、B、C、D是BCD码的输入端；a,b,c,d,e,f,g是输出端；试灯输入端LT：低电平有效。
当LT＝0时，数码管的七段应全亮，与输入的译码信号无关。
本输入端用于测试数码管的好坏；动态灭零输入端RBI：低电平有效。
当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；当译码输入不全为0时，该位正常显示。
本输入端用于消隐无效的0。
如数据0034.50可显示为34.5；灭灯输入/动态灭零输出端RBO：这是一个特殊的端钮，有时用作输入，有时用作输出。
当RBO作为输入使用，且RBO＝0时，数码管七段全灭，与译码输入无关。
当RBOBI/作为输出使用时，受控于LT和RBI：当LT＝1且RBI ＝0时，RBO＝0；其它情况下RBO＝1。