篮球比赛24秒倒计时电路的设计

课程设计题目篮球比赛24秒计时器设计学院自动化学院专业自动化班级姓名指导教师年月日目录引言1 设计意义及要求 (3)1.1 设计意义 (3)1.2 设计要求 (3)2 方案设计 (3)2.1 设计思路 (3)2.1.1电路要求 (3)2.1.2方案一电路设计原理 (3)2.1.3 工作原理 (4)2.1.4方案二电路设计原理 (5)2.3方案比较 (6)3部分电路设计 (7)3.1 时钟脉冲电路 (7)3.2 计时电路 (8)3.3 停止控制电路 (9)3.4 警报提示装置 (10)4 调试与检测 (11)4.1 调试中故障及解决办法 (11)4.2 调试与运行结果 (11)5 仿真操作步骤及使用说明 (13)结束语 (14)参考文献 (14)附录电路图 (15)本科生课程设计成绩评定表引言很多人都看过篮球比赛，篮球比赛时，我们会发现每次进攻都会进行24秒倒计时，当计时到零时就会出现声光报警。

篮球的24秒计时器只是计时器的一种。

在生活中，我们经常会看见各种计时器，例如，在十字路口的红绿灯上我们会看到一个34秒计时器；我们经常看到的电子表也是计数器的一种；在体育课上老师用的秒表也是一种计时器。

计时器给我们的生活带来了很大的方便，可以说我们的生活离不开计数器。

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。

通过本次课程设计，可以了解计时器的组成和原理以及许多应用，为设计更复杂的计时器打好基础。

同时通过本次课程设计也能提高学生的设计电路，排查故障，思考问题等多种能力。

1 设计意义和要求1.1设计意义生活中很多地方都用到计时器，例如交通信号灯上有34秒倒计时装置，我们经常用的数字手表也是计时器的一种。

赣南师院物理与电子信息学院数字电路课程设计报告书姓名：班级：电子信息工程09级学号：时间：2011年 6 月15日图1-1 24秒计时器系统设计框图1.2 单元电路设计1.2.1秒脉冲发生器用555与74LS161集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟秒脉冲。

555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1、R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1、R2又开始充电；周而复始，形成振荡。

则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。

公式计算：T1=(R1+R2)Cln2;T2=R2Cln2;振荡周期T = T1+T2=0.7 ( R1 + 2R2) C =0.1 (s)若取C=10μF，结合实际选取电阻为R1=5.1K,R2=4.7K再通过74LS161计数产生秒脉冲图1-2 555多谐振荡电路图1.2.2 计数电路计数电路选用两片中规模集成电路74LS192进行设计，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。

两片74LS192构成预置数的三十进制递减计数器，计数器十位接成三进制，计数器个位接成十进制，置数端A、B、C、D通过开关接高低电平，若接高电平可进行其他置数；此计数器预置数为（0001 1000）=（24）10，只有当低位端发出错位脉冲，高位计数器才做减计数。

1片74LS192构成1秒减计数电路（即个位）。

74LS192的引脚图和功能表如图所示。

它的计数原理是：使加计数脉冲信号引脚CPu=1，计数脉冲加入个位74LS192引脚CP D脚，当减计数到零时，个位74LS192的CO端发出错位脉冲，使十位计数器减计数，当高、低位计数器处于全零时，CPD（DWN）端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下次循环减计数。

篮球24秒倒计时1.实验名称：篮球比赛24秒倒计时器2.实验目的在篮球比赛中，规定进攻方的进攻时间为24秒，若24秒内篮球未碰到篮筐则被判违例。

设计一个24秒倒计时器用于篮球比赛，一旦进攻时间超过了24秒，它自动报警。

3.实验所用芯片,仪器元件名称数量NE555定时器1个74ls192芯片2个74ls48芯片2个Cd4072芯片（四输入1个或门）七段数码管2个74ls04芯片（非门）1个74ls08芯片（与门）1个LED灯1个微动开关1包自锁开关1包20欧电阻1包60欧电阻1包六反向器74ls08四2输入与门4.总电路如下所示：5.本次设计的名字为篮球24秒倒计时，实现篮球24秒的进攻倒计时。

如果进攻时间超过24秒，灯会亮，提示时间到了。

篮球24秒有555构成的秒脉冲和192构成的倒计时计数器组成，最后有74ls48芯片译码，将信号输入到BCD7段数码管显示出来。

这次实验用到了直接置数法，将开始的时间置为24秒，利用或门将192输出的信号反馈回与门，与脉冲信号一起，组成一个到了00脉冲就锁住的功能，不让脉冲过去。

而且，经过或门反馈的信号给非门，再给灯，灯就会亮，提醒时间到了。

因为我们需要对电路进行暂停，置数的功能，所以设立了两个开关，一个在脉冲输出口，一个在192置数端，接地。

6.感想在这次的课程设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来。

按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。

在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分析讨论，学习经验。

通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。

也对数字电子技术有了更深的认识。

感谢老师的细心教导，感谢团队的积极合作，团队的力量是无限的。

篮球二十四秒计时器基本组成及工作原理一 电路组成框图电路由秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助控制 电路五部分组成图2-1 计时器方框图二 单元电路部分1.译码显示电路图2-2译码显示原理图2 计数、控制及报警电路74LS192功能表：秒脉冲发生器 计数器 译码显示 控制电路报警电路 外部操作开关结合功能表，书上总电路图的工作原理：开关S1作用：启动开关；开关S2作用：手动复位开关；开关S3作用：暂停/继续开关；（1）断开S1和S3，闭合S2 ，由于S2＝＝0，进行置数，计数器输出0010，0100，即显示器显示24秒字样，然后断开S2，＝＝1，基本RS触发器保持，即触发器输出端Q==0,仍于置数状态。

（2）断开S2，闭合S3后，再闭合S1，由于＝1，＝0，基本RS触发器进行置1功能，即触发器输出端Q==1,脱离了置数状态满足了从24开始的减计数状态，此时若断开S1，又使基本RS触发器的＝＝1，基本RS触发器保持功能，即触发器输出端Q==1，计数器继续减计数。

计数器直至减计数至0000，0000时，或非门输出为高电平，使LED发光，蜂鸣器发声进行报警。

若再来一个脉冲，计数器个位从0000回到1001，同时借位端产生一个上升沿信号给十位192，使十位的192输出从0000也回到1001，这时基本RS触发器的＝0，＝1，此时的功能是置0功能，即触发器输出端Q==0，进行置数，计数器输出0010，0100，即显示器显示24秒字样，并保持。

在这个减计数过程中，个位192计到0000时，借位端＝0，当再来一个计数脉冲，个位192输出是1001，借位端＝1，产生了一个上升沿信号给十,十位进行一次减计数。

位的CPD（3）开关S3作用：暂停/继续开关。

当在减计数过程中，断开S3，则计数器暂停在某个计数值上，闭合后，计数器在这个数字基础上继续进行减计数。

三总体电路图如图所示：图2-7总体电路图。

课程设计报告课题名称：篮球比赛24秒倒计时电路的设计(Basketball 24 seconds countdown circuit design)专业：xxxxxxx班级：xxxxxxx学号：xxxxxxx学生姓名：xxxxxxx指导教师：xxxxxxxx年x月x日课程设计目的1、围绕课程设计的内容，培养学生查询相关资料以及文献检索的能力；2、培养学生对以往所学知识的综合运用能力；在理解透课堂所讲知识的基础上，提高学生的自学能力；3、培养学生了解并逐步熟悉科学研究的整个过程，养成良好的科学态度以及实事求是、严谨塌实的工作作风；培养学生独立分析问题和解决问题的科学研究的能力；课程设计内容(1)设计要求:① 设计一个篮球比赛24秒计时器，具备显示24秒计时功能；②计时器为递减工作，时间间隔为1S ：③设置外部开关，控制计时器的启动、暂停及清零；④递减到零时发出声光报警 ：⑵原理方框图图：包括秒脉冲发生器、计数器、译码与显示电路、报警电路和控制电路（辅助时序控制电路）等五个部分组成。

计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1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，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数器、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。

当计时器递减计时到零（即定时时间到）时，显示器上显示00，同时发出光电报警信号。

⑶实际电路图：秒脉冲 发生器 计数器 译码 显示 控制电路 报警 电路⑷单元电路： ①8421BCD 码加法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1是74LS192外引脚及时序波形图。

图中UCP 、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。

24秒倒计时器的设计与仿真分析篮球比赛1．电路设计分析为了加快比赛篮球比赛中除了有总时间倒计时外，计时器在许多领域均有普遍的应用，秒内有一次投篮动作，否则视为违例。

节奏，新的规则还要求进攻方在24秒倒计时器”从数字电路角度讨论，实际上就是一个二十24本设计题目的“篮球比赛四进制递减的计数器。

电路设计技术指标⑴①能完成24秒倒计时功能。

②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。

⑵方案论证秒倒计时电路可由秒脉冲信号发生器、计数器、译码经过对电路功能的分析，整个24 器、显示电路、报警电路和辅助控制电路组成，如图4 - 38所示。

方案实现(3) ①秒脉冲发生器。

、C构成多谐振荡器。

秒脉冲产生电路由555定时器和外接元件R1、R21f?。

，即Hz1经过计算得到输出脉冲的频率为秒(1 s)所示。

4 - 24本例中的秒脉冲发生器采用应用电路二中的秒脉冲发生器电路即可，如图因为技术指标是一样的，不用再重新设计。

②计数器。

同步十进制可计数器由两片74LSl92 逆计数器构成。

功能简介如下：具有清除和74LSl92其引脚排列及逻辑符号如图置数等功能，PL为加其中为置数端，CP4 - 39所示。

U TC 为非同步CP为减计数端，计数端，D U TC为非同步借位输出端，进位输出端，D为MRP3为计数器输入端，P2P0、P1、、Q3为数据输出端。

、、、清除端，Q0Q1Q24/ 1所示。

74LSl92的图形符号如图4 - 40仿真软件Multisim 10中为加计UP为置数控制端，CLR 为清零端，C、D为置数输入端，～LOAD其中A、B、～为非同步进位输出端，～CO、QC、QD为数据输出端，数端，DOWN为减计数端，QA、QB 为非同步借位输出端。

BO本例为利用减计数端输入秒脉冲信号，进行减法计数，也就是倒计时。

这时计数器按端连接，实现DOWN74LSl92的842l码递减进行减计数。

利用借位输出端～BO与下一级计数器之间的级联。

课程设计报告课题名称：篮球比赛24秒倒计时电路的设计(Basketball 24 seconds countdown circuit design)专业：xxxxxxx班级：xxxxxxx学号：xxxxxxx学生姓名：xxxxxxx指导教师：xxxxxxxx年x月x日课程设计目的1、围绕课程设计的内容，培养学生查询相关资料以及文献检索的能力；2、培养学生对以往所学知识的综合运用能力；在理解透课堂所讲知识的基础上，提高学生的自学能力；3、培养学生了解并逐步熟悉科学研究的整个过程，养成良好的科学态度以及实事求是、严谨塌实的工作作风；培养学生独立分析问题和解决问题的科学研究的能力；课程设计内容(1)设计要求:① 设计一个篮球比赛24秒计时器，具备显示24秒计时功能；②计时器为递减工作，时间间隔为1S ：③设置外部开关，控制计时器的启动、暂停及清零；④递减到零时发出声光报警 ：⑵原理方框图图：包括秒脉冲发生器、计数器、译码与显示电路、报警电路和控制电路（辅助时序控制电路）等五个部分组成。

计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1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，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数器、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。

当计时器递减计时到零（即定时时间到）时，显示器上显示00，同时发出光电报警信号。

⑶实际电路图：秒脉冲 发生器 计数器 译码 显示 控制电路 报警 电路⑷单元电路： ①8421BCD 码加法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1是74LS192外引脚及时序波形图。

图中UCP 、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。

设计课题：篮球比赛二十四秒倒计时及其报警篮球比赛二十四秒倒计时及其报警一、设计任务与要求1.本设计只要用于篮球比赛中的24秒倒计时及其报警。

2.在设计完成后应该实现这样的功能：首先，按下“手动复位”弹键，使计数器回归24，当按下“手动开始”弹键时，计数器开始从24秒倒计时，直到计数为0时，报警器开始工作，此时若按下“手动复位”弹键，则报警器停止工作，计数器回归24秒。

若在计数中按下“手动复位”弹键，则计数器回归24秒，当再次按下“手动开始”弹键时，计数器再次工作。

3.总的来说，计时器的功能包括：计数、复位、暂停、报警。

二、方案设计与论证计时器主要分为四个模块：计数模块、显示模块、报警模块以及1Hz脉冲输出模块。

设计思路：采用74LS192芯片的倒计数端实现二十四数制的倒计。

先利用一块NE555芯片搭建多谐振荡器，使其输出信号的频率为1Hz，这正好可以作为74LS192的输入时钟信号，则此时的二十四数制的计数器就变成了二十四秒计时7三、单元电路设计、参数计算、元器件的选择1.总体框图及其思路根据前面提到的设计思路可先画出总设计的基本构想框图，如上所示。

由总体框图可以清楚的看到本设计由四个最基本的模块组成，分别为：计数模块、显示模块、报警模块以及1Hz脉冲输出模块。

基本原理：计数脉冲负责产生一个频率为1Hz的脉冲信号，此信号作为计数器计数脉冲，因此，计数器就成为了最小单位为1秒的计时器了；计数器采用置数法连接，每当循环一周即24秒之后置数端有效，从而实现24秒的计时；当计时器从24倒计到0时，利用此时的输出信号特点可以控制蜂鸣器工作，从而实现报警；显示部分包括对二进制数的重新编码和显示，74LS48用来对二进制数重新编码，而此时可以用七段数码管作为显示。

综合起来就可以完成计时和报警等功能。

2. 各个模块设计○1计数模块的设计计数模块设计原理图基本原理：首先预置数，令置数状态时输出为24。

PL端为置数端，当PL 为0时，计数器输出为24。

Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 65【关键词】AHDL 语言 倒计时器 Quartus Ⅱ CPLD1 引言随着篮球运动的普及和NBA 比赛在世界的风靡，篮球比赛的24秒倒计时器已被广泛采用。

AHDL 语言是一种支持Altera 公司器件的硬件描述语言，是一种模块化的高级语言。

AHDL 语言易学、易用且功能强大，对于复杂组合逻辑电路设计与时序逻辑电路设计都完全胜任。

Quartus Ⅱ是Altera 公司的综合性CPLD/FPGA 开发软件，拥有AHDL 、VHDL 、VerilogHDL 以及原理图等多种设计输入形式，功能强大，界面友好，内嵌自带的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD 设计流程。

本文基于AHDL 语言在Quartus Ⅱ软件中设计了篮球赛24秒倒计时器。

2 总体方案设计篮球赛24秒倒计时器的总体方案结构如图1所示，包括高频率脉冲信号、分频电路模块、递减计数器电路模块、声光报警装置、2个译码电路模块、数码管动态扫描驱动电路模块和数码管等。

高频率的脉冲信号通过分频电路模块进行分频，输出频率为1Hz 的脉冲信号（周期为1s ），作为递减计数器电路模块的脉冲信号。

递减计数器电路模块的输出端与译码电路模块的输入端相连，进行BCD 译码，最终由动态数码管显示倒计时的时间。

当显示的数字为00时，发出声光报警信号。

使用AHDL 语言在Quartus Ⅱ软件中设计分频电路模块、递减计数器电路模块、译码电路模块和数码管动态扫描驱动电路模块，并实现以下基于AHDL 语言的篮球赛24秒倒计时器设计文/钟鹏程功能：（1）24秒倒计时显示功能，采用动态数码管显示；（2）设置外部控制开关，控制计数器的重置24秒功能；（3）计数器递减至0时，数码管显示“00”，同时发出声光报警信号。

篮球比赛24秒计时器设计
一、各部件说明：
1、开关KA：清零功能。

当开关KA置高电平时，不管计数器处于什么状态，直接清零。

2、开关KB：置数功能。

清零开关KA置低电平情况下，当KB处于低电平时，计数器置数，数码管显示“24”，处于等待状态。

3、开关KC：暂停/继续计数功能。

计数器开始递减计数过程中，当开关KC处于低电平时，数码管保持当前状态；当开关置为高电平时，计数器继续递减计数。

4、LED-D1：发光二极管。

当计数器递减为零的同时，D1发光。

5、SPEAKER-LS1：声音报警器。

当计数器递减为零的同时，LS1配合Ｄ1完成声光报警功能。

二、操作说明：
1、开始时，开关KA、KB均置低电平，KA置为高电平。

开关KA为高电平，完成清零操作，再置为低电平。

此时数码管显示“24”，预示比赛即将开始。

2、计数器开始递减计数过程中，若有球员犯规需暂停计时，则开关KC置为低电平；继续比赛，则置为高电平。

３、若球员在24s内完成进攻，则将KC置为低电平，即本次进攻结束，准备下次进攻。

开关KC重新置为高电平时，预示下次进攻开始。

４、若球员在24s内无法完成进攻，则计数器递减为零时，声光报警器工作，表明进攻违例。