目录摘要 (1)1设计任务及要求 (2)1.1设计任务 (2)1.2基本要求 (2)1.2.1初始条件 (2)1.2.2要求完成的主要任务 (2)2 方案选择与论证 (3)2.1 方案的选择 (3)2.2 方案论证 (4)3电路框图及工作原理 (4)3.1电路框图 (4)3.2设计方案 (5)4单元电路设计与说明 (6)4.1时钟脉冲发生器 (6)4.2 24进制计数器 (7)4.3 译码显示电路 (9)4.4控制电路 (10)4.5 声光报警电路 (10)4.6 元器件选择 (11)5电路调试 (11)5.1 电路调试阶段 (11)5.2调试方法 (13)5.3调试步骤 (13)5.4调试中出现的问题及解决方案 (14)5.5调试结果 (14)结束语 (15)参考文献 (16)摘要该篮球竞赛倒计时电路主要由四个部分构成：时钟脉冲发生器、计数器、译码显示电路以及声光报警电路。
时钟脉冲发生器由含555定时器的多谐振荡电路组成，发出频率为1HZ的方波脉冲；计数器主要由两个74LS192构成，具有计时器直接控制电路控制计数器启动计数、暂停/连续计数以及清零置数的功能；译码显示电路主要由两个七段共阴极的数码管和74LS48芯片构成，能够显示24秒倒计数过程；声光报警电路主要由一个发光二极管和一个蜂鸣器组成，当计数器显示00时，发光二极管和蜂鸣器一起工作，进行声光报警。
关键词:时钟脉冲发生器计数器发光二极管蜂鸣器七段共阴数码管篮球24秒计时器的设计与制作1设计任务及要求1.1设计任务本设计主要能完成：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，它就自动报警从而判定此球员的犯规。
1.2基本要求1.2.1初始条件：（1）具备显示24秒记时功能（2）计时器为递减工作，间隔为1S（3）递减到0时发声光报警信号（4）设置外部开关，控制计时器的清0，启动及暂停1.2.2要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）设计任务及要求（2）方案比较及认证（3）系统框图，原理说明（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明（5）调试记录及结果分析（6）对成果的评价及改进方法（7）总结（收获及体会）（8）参考资料（9）附录：器件表，芯片资料2 方案选择与论证2.1 方案的选择方案一（电路原理图）：优点：设计思路及电路连接简单，工作速度快，各部分反应灵敏。
缺点：电路稳定性差，信号发生器易受外界干扰输出不稳定波形，有开关抖动，暂停后再计数会产生跃变图2-1 方案一电路原理图方案二（电路原理图）：优点：电路稳定性高，大大削弱了开关抖动带来的计数跃变。
缺点：电路较为复杂，易出错。
图2-2 方案二电路原理图2.2 方案论证经过对电路功能的分析，整个24秒倒计时电路可由秒脉冲信号发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助控制电路组成，而方案二的稳定性更高，因此选择方案二为最佳方案。
3电路框图及工作原理3.1电路框图24秒计时器的总体参考方案框图如下图所示。
它包括时钟脉冲发生器、计数器、译码显示电路和声光报警电路等四个模块组成。
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、定时时间到启动报警等功能。
时钟脉冲发生器产生的信号要求是1HZ的方波脉冲，但是设计对此信号要求并不太高，故电路可采用含555集成定时电路组成的多谐振荡器构成。
译码显示电路由74LS48(译码器)和共阴极七段LED显示器组成。
报警电路可用发光二极管与蜂鸣器组成，进行声光报警。
图3-1 24秒计时器系统设计框图3.2设计方案该篮球竞赛倒计时电路的最重要的部分是24进制计数器，用 74LS192进行24进制同步减法计数。
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，选择两个七段数码显示管进行显示。
根据设计要求，本课程设计采用555定时器制成的多谐振荡器，对24进制计数器进行秒脉冲的输入。
在本设计中，因为我们需要对其进行暂停、清零、报警等控制，所以我们使用了三个开关来控制计数器的各功能的实现。
设计的电路图如下所示：图3-2 选取的减计数器电路原理图4单元电路设计与说明4.1时钟脉冲发生器秒脉冲产生电路，由555定时器和外接元件R1、R2、C 等构成多谐振荡器。
下图：其中R 1相当一个定时电阻决定C 的放电的持续时间，起始时，电容C 上电压V C 因放电而下降，当其值低于下阈值1/3V CC 时定时器被触发端触，输转换为高电平，释放电晶体管截止。
电容C 开始充电，以（R １＋R 2）C 的常数趋向V CC 。
当电容上电压V C 上升到上阈值2/3V CC 时，输出又转换为低电平，并使放电晶体管导电。
电容C 又重新通过R 1和放电晶体管放电，近似以R 2C 的时常数趋向于零。
当电容C 上电压下降到1/3V CC 时，开始新的循环。
如此反复，定时器连续震荡，在输出端产生矩形脉冲在电容C 上形成近似锯齿波的波形。
根据上述分析，利用电路暂态分析的三要素法，得电容C 充电的电压表为 V C =1/3V CC +2/3V CC （1-e -t/τ） （4.1） （4.1）式中， τ =(R 1+R 2)C （4.2）t=t pH 时V C =V CC ，充电结束。
即：V C =2/3V CC =1/3V CC +2/3V CC （1-e -t/(R1＋R2)C ) （4.3） （4.3）从上式中可求得t pH = ln2 (R 1+R 2)C = 0.7(R 1+R 2)C = 0.7(R 1+R 2)C （4.4） 同理可求得C 放电的电压表示为V C =2/3V CC e -t/ R2C （4.5） t=t pL 时，V C =1/3V CC ，，放电结束，从式（2.5）可得V C =1/3V CC =2/3V CC e -t/ R2C （4.6） t pL =τln20.7R 2 （4.7）振荡周期为 T=t pH +t pL =0.7（ R １＋2R 2）C （4.8） 振荡频率为 f=1/T=1.43/(R 1+2R 2)C （4.9） 此555定时器频率为1HZ ，故令C1=10nF ，R 1=28k Ω，R 2 =58 k Ω，输出脉冲频率约为1HZ 。
图4-1 时钟脉冲信号发生器的逻辑电路4.2 24进制计数器计数器由两片74LS192同步十进制可逆计数器构成。
74LS192功能简介如下：具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图2.2.2所示。
其中PL 为置数端，CPu 为加计数端，CPd 为减计数端，TCu 为非同步进位输出端，TCd 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，MR 为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
图4-2 74LS192的引脚图及逻辑符号仿真软件Multisim10中74LS192的图形如图2.2.3所示。
其中A 、B 、C 、D 为置数输入端，~LOAD 为置数控制端，CLR 为清零端，UP 为加计数端，DOWN 为减计数端，QA 、QB 、QC 、QD 为数据输出端，~CO 为非同步进位输出端，~BO 为非同步借位输出端。
图4-3 仿真软件中的74LS192引脚图74LS192A 15B 1C 10D 9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO12CLR 1474LS192的功能表如表4-1所示：表4-1 74LS192的功能表MR P31 ××××本例为利用减计数器端输入秒脉冲信号，进行减法计数，也就是倒计时。
这时计数器按8421码递减进行减计数。
利用借位输出端~BO与下一级74LS192的DOWN端连接，实现计数器之间的级联。
利用置数控制端~LOAD实现异步置数。
当CLR=0，且~LOAD为低电平时，不管UP和DOWN时钟输入端的状态如何，将使计数器的输出等于并行输入数据，即QDQCQBQA=DCBA。
24循环的设置为，十位片的DCBA=0010，个位片的DCBA=01004.3 译码显示电路译码及显示电路分两种，一种电路是74LS192接译码驱动器74LS48和7段共阴数码管组成。
74LS48芯片具有以下功能：七段译码功能、消隐功能、灯测试功能、动态灭零功能，此电路中我们用到的是七段译码功能。
作为译码器，74LS48具有以下特点：74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。
内部上拉输出驱动，有效高电平输出，内部有升压电阻而无需外接电阻。
七段数码管分共阴、共阳两种，其内部由发光二极管构成，内部有七个发光段，即a.b.c.d.e.f.g.在发光二极管两端加上适当的电压时，就会发光。
另外一种显示电路由74LS192直接输出给4线输入的七段数码管进行显示，这样构成的电路简单。
虽然4线输入的七段数码管构成的电路简单很多，但是市场上很难买到4线输入的七段数码管，所以我们此处利用74LS48显示译码器作为译码器，七段共阴极数码管显示。
译码及显示电路如下图所示：图4-4 译码及显示电路4.4控制电路控制电路用来完成计数器的复位、启动计数、暂停/继续计数、声光报警等功能。
与非门、非门以及D触发器实现计数器的复位、计数和保持“24”，以及声、光报警的功能，开关功能说明如下：开关J1：清零开关。
A处于高电平时，计数器清零，控制电路发出声、光报警信号；当A处于低电平时，才能够进行计数。
开关J3：暂停开关。
当“暂停/连续”开关处于“暂停”（开关J3接低电平）时，计数器暂停计数，显示器保持不变；当此开关处于“连续”（开关J3接高电平）时，计数器继续累计计数。
开关J2：置数开关。
当开关J2接低电平，不管计数器工作于什么状态，计数器立即复位到预置数值，即“24”；当开关J2接高电平时，计数器才能从24开始计数。
4.5 声光报警电路声光报警电路由发光二极管和蜂鸣器以及一个非门组成，两者同时工作，当计数器计到00时，控制高位的74LS192芯片的BO端输出为低电平，通过非门后得到一高电平，从而使发光二极管和蜂鸣器正常工作，进行声光报警。
X15V_1W图4-5 声光报警电路图4.6 元器件选择元器件清单如表4-2所示：5电路调试5.1 电路调试阶段图5-1 电路原理图（2）计时阶段如图5-2图5-2 电路原理图图5-3 电路原理图5.2调试方法（1）分块调试法分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，对每个模块分别进行调试。