篮球竞赛24s计时器
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电子课程设计
--篮球竞赛24s计时器
学院：电子信息工程学院
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2013年12月22日
目录
一设计任务及要求 (3)
二总体框图 (3)
三器件选择 (4)
四模块功能 (5)
五总体设计电路图 (11)
六硬件调试 (13)
七设计心得 (14)
篮球竞赛24s计时器
一、设计任务及要求
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。
2、基本要求
1．要求电路为24秒递减计时，每隔1秒钟，计时器减1；
2．要有外部开关，控制计数器的直接清零、复位、启动和暂停/连续计时功能；
3．当计时器倒计时为零时，即定时时间倒，显示为零，同时发出声光报警信号。
二、电路框图及工作原理
2.1电路框图
24秒计时器的总体方案框图如图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复位、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。
秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，电路可采用555集成电路组成的多谐振荡器构成。
译码显示电路四线数码管报警电路在试验中可用蜂鸣器实现。
图2-1 总体方案框图 2.2设计方案
本设计中，24进制计数器是整个电路的核心部分，我选择74LS192进行24进制同步减法、加法计数。
选择两个四段数码显示管进行显示。
根据设计要求，本课程设计采用555计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、复位、加法、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，从而实现了各种功能的。
三、选择元器件
设计所需主要器件如表1所示。
表1 所需原器件
四、模块功能
4.1 24秒倒计时设计
根据设计要求，本设计需要实现24进制递减功能，所以本设计采用十进制同步减法计数，因此使用2片74LS192集成芯片来实现计数功能。
十进制可逆计数器74LS192引脚排列及逻辑符号如图4-1-1（a）、（b）所示，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。
图4-1-1 74LS192的引脚排列及逻辑符号
表1 74LS192功能表
在本次设计中，因为我们要实现24进制计数功能，所以我们首先应该对计数器进行置数，由于（24）10=（00100100）8421BCD所以要先对74LS192两芯片进行置数，令第一块集成块的置数端Q3Q2Q1Q0=0010，令第二块的为
Q3Q2Q1Q0=0100。
把第二块芯片的借位端与第一块芯片的脉冲输入端相连，从而进行实现借位功能。
电路接线如图4-1-3
图4-1-3 24s倒计时电路
4.2 秒脉冲的设计
根据设计要求，本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555定时器来设计此模块。
从而产生标准的秒脉冲。
1．器件特性
555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,就可以构成施密特触发器、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。
2．自激多谐振荡器
用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供脉冲。
R1、R2和C1为外接定时元件，高、低电平触发输入端项链并接到定时电容C1上，R1和R2的节点与放电端相连，电压控制端不用，通常接0.01uF电容
C2。
接通电源后，V CC 通过R1，R2对C1充电，DIS 上升。
开始时DIS<1
3 V CC ，
即高电平触发端TH<2
3 V CC ，低电平触发TR ——<13 V CC ，定时器置位，放电管截止。
随后DIS 越充越高，当DIS>23 V CC ，高电平触发端TH>2
3 V CC ，低电平触发端TR ——>13 V CC ，定时器复位，放电管饱和导通，C1通过R5放电，DIS 下降。
当DIS<13
V CC 时，又回到高电平触发端TH<2
3 V CC ，定时器又置位，放电管截止，C1停止
放电而重新充电。
如此反复，形成振荡波形提供脉冲。
公式：Tw1=0.7 (R2 +R5) C1 Tw2=0.7R2 C1 振荡周期计算公式：T=0.7 (R2 +2R5) C1≈1s 电路接线如图4-2-1
图4-2-1 555电路接线图
4.3 控制开关电路的设计
在本次设计中，由于设计的要求，要实现计数器的暂停、置数和回秒控制，所以需要设计三个开关来控制电路。
暂停开关，因为555产生秒脉冲全靠给C1充放电产生，所以只需中断C1的充放电即可，所以在C1的另一端用一个开关控制接地，这就形成了暂停/连续开关。
暂停开关如图4-3-1所示
图4-3-1 暂停开关电路图
置数开关，将两个74LS192的LOAD端连在一起，接上一个开关，另一端连在VCC上即可。
置数开关如图4-3-2所示
回秒开关，将十位上的加法UP端与个位上进位输出端CO相连，个位上的UP端连一个开关，另一端接在VCC上即可，开关每开闭一个回一秒。
回秒开关如图4-3-2所示
图4-3-2 置数开关·回秒开关电路图
4.4 报警电路的设计
当数码管显示00的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。
报警电路如图4-4-1。
图4-4-1 报警电路图
4.5整机工作原理
篮球竞赛24秒计时器主要是由秒脉冲发生器、计数器、控制电路和报警电路组成。
控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、暂停后回秒等功能。
SW1闭合，74LS192被置数，显示电路出现数字24。
启动计时。
若此时秒脉冲电路的SW3为断开，则产生连续秒脉信号输入到计数器，数码管上的数字就会自动减1，闭合SW3，秒脉冲暂停，计数递减暂停，此时断开闭合SW2，数码管上数字会自动加1，这就实现了回秒功能。
断开SW3又恢复计数递减，这就实现了暂停/连续功能。
在计数递减的同时，74LS192的4个输出端也随之产生高低电平变化来控制报警电路。
当74LS192的4个出全为低电平时，换而言之，就是计数到零时，输出低电平，从而触发灯泡鸣器，产生亮光和警报声，达到了光电报警的。
五总体设计电路图
1.计时预备阶段
计时预备阶段如图5-1。
图 5-1 计时预备阶段
2. 计时阶段
计时阶段如图5-2所示。
图 5-2 计时阶段2.暂停回秒阶段
暂停回秒阶段如图5-3所示。
图5-3 暂停回秒阶段
4. 电路报警
电路报警如图5-4所示。
图5-4 电路报警
六硬件调试
实验室里没有足够的元器件，所以有些元件需要筛减并对主要电路进行了硬件操作验证。
下面即为本设计的核心部分24s计数器及其控制电路的硬件操作在调试中三个开关直接用高低电平控制开关来代替，按电路图10连接一片74LS192三输入与非门有两输入与非门代替并直接输入1Hz脉冲信号，由于元件短缺未接报警电路，但是这比不影响我们对电路硬件及设计主要功能的测试。
实验具体现象如下：
S1接低电平显示器显示9即计数器置数；
S2接高电平显示器显示00即计数器清零，接低电平时计数器正常工作；
S1接高电平显示器由9开始频率1Hz的减法计数，最后显示00停止计数。
整个实验在硬件上能实现设计核心电路的预期功能。
七设计心得
这次数电课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，但在老师的指导以及同学的帮助下终于迎刃而解。
通过课程设计我对学过的数电知识有了总体上的把握，对数电课程系统认真的复习了一遍，特别对一些能见如74LS192. 多谐振荡器555等有了深刻的理解和认识。
同时在设计的过程中学会了独立思考解决问题，提高了逻辑思维能力，在逻辑电路的分析和设计上有了很大进步。
纵观整个课程设计，收获颇丰。
