篮球比赛计时器课程设计.docx
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篮球比赛计时器课程设计
简易篮球比赛计时器
摘要
本设计主要能完成：
显示篮球竞赛24秒和12分倒计时功能；此计时器功能齐全，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，同时蜂鸣器会发出声报警信号等。
本设计是脉冲数字电路的简单应用，应用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。
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。
本电路主要有五个模块构成：
秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路。
当控制电路的置数开关闭合时，在数码管上显示数字24和12：
00，每当一个秒脉信号输入到计数器时，数码管上的数字就会自动减1，当计时器递减到零时，报警电路会发出蜂鸣信号。
控制电路能直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。
关键词：
计数器24秒倒计译码显示电路报警电路
1总体设计思路、基本原理
1.1设计思路
篮球比赛计时器的主要功能包括：
12分钟倒计时、进攻方24秒倒计时计时暂停，重新开启和结束警报提示。
该计时系统由以下四个电路模块组成：
1秒时基产生器：
由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。
24秒倒计时：
这部分电路完成24秒倒计时的功能，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。
12分钟倒计时：
这部分电路完成12分钟倒计时的功能，比赛准备开始时，屏幕上显示12：
00字样。
当比赛开始时，倒计时从12：
00开始逐秒递减到00：
00。
这一模块也是利用双向计数器74LS192的减计数功能来实现。
警报提示：
当两个计数器中任一个计时到零时，LCD端出现低电平,蜂鸣器鸣响发出警报。
1.2基本原理
主体电路：
即倒计时部分，包括12分钟和24秒倒计时。
12分钟倒计时的基本原理：
比赛处于准备开始阶段，扳动启动开关SW4使倒计时计数器相应的置数端有效，显示设定的时间12：
00，当比赛开始，扳动SW1，倒数计时器开始工作,相应的置数、清零端无效，计时器逐秒进行倒计显示。
当有球员犯规，比赛需要暂停时，这个功能通过暂停开关SW1来实现。
当倒数计时器计数到零时，选取“00：
00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号,让其与时钟脉冲在与非门中将时钟脉冲截断，从而计时器在计数到零时停住。
24秒计数芯片的置数端和12分的置数、清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端也无效，24秒的倒数计时器与12分的倒数计时器同时开始进行倒计时，逐秒倒计到零。
同样也是选取“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非门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。
报警提示：
当12分倒计时和24秒倒计时任意一个倒计时到零时，蜂鸣器鸣报提示。
2 单元电路设计与各单元电路图
2.1秒脉冲发生器的设计
由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。
图2-1秒脉冲发生器
参数计算：
用555组成的多谐振荡产生脉冲电路：
R5为1.5K，R6为6.3K，C2为10uF，
则555产生的脉冲频率为1.014Hz，而设计要求为1Hz,因此其误差较小,在精度要求不是很高的时候可以使用。
2.2秒、分倒计数器的设计
2.2.124秒倒计时电路
计数器的倒计时功能。
用两片74LS192分别做个位（低位）和十位（高位）的倒计时计数器，由于本系统只需要从开始时的“24”倒计到“00”然后停止，所以可以直接运用十进制的74LS192进行减计数。
因为预置的数不是“00”，所以我选用置数端PL来进行预置数。
低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。
图2-224秒倒计时电路
2.2.212分钟倒计时电路设计
12分钟倒计时秒部分,运用两片可逆计数器74LS192来构成60进制的减计数器。
这个计数器的低位即个位，不需要搭接任何反馈电路而直接运用74LS192芯片的减计数功能：
时钟脉冲接到DN端，置数、清零端无效，即可以实现十进制的倒计时计数功能。
而最低位的计数变化应当与时钟脉冲的变化同步。
所以，原则上应当将时钟脉冲直接引到这片192计数器的减计数时钟脉冲输入端DN。
该计数器的高位即十位，与低位的计数进制不相同。
由于时间的分和秒都是60进制，所以这里的计数芯片74LS192必须要接成六进制的计数器。
这里，选用反馈置数的方法来实现这个功能。
从Q3引出高电平信号，通过非门作用后形成低电平反馈信号，送入74LS192芯片的置数端PL使之实现置数动作。
置数时，输出的数是与输入的数是一样的，这里设置的数是5，这样，当计数器从0变到9时，由于进行了异步置数，9就在瞬间变成了5，计数输出的结果就变为0→5→4→3→2→1→0，实现了六进制的功能。
12分钟倒计时分部分,也是运用两片可逆计数器74LS192来构成减计数器。
在两片计数器的连接上，与秒部分一样。
也是把低位的借位信号作为高位的时钟脉冲进行连接。
而低位计数器的时钟脉冲则是用秒部分高位计数器的借位输出信号来充当的。
运用以上两个计数器组合，就在低位计数器从0变到9或从0变到5的瞬间，在它的借位输出端出现一个电平的上升脉冲沿，从而使高位的计数器倒倒计一个数。
实现倒计时功能。
图2-312分钟倒计时电路
2.3译码器和显示器的设计
译码电路的功能是将“秒”、“分”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。
本次驱动LED七段数码管的译码器，选用CD4511.相应的，与LED七段共阴极显示数码管相互连接。
3总设计
图3-1总电路图
说明：
开关SW4的作用是对12分钟的置数和启动开关。
开关SW1是暂停、继续开关。
开关SW3对24秒的清零开关。
开关SW2是对24秒的置数开关。
4总结
通过这次的课程设计，我在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，我学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
刚开始拿到题目时，不知如何入手，毕竟，课程设计不同与实验课，电路图和程序都要自己设计。
后来，静下心来，仔细分析题目，再加上指导老师的说明与提示和同组成员的帮助，心中才有了谱。
将整个系统根据不同的功能划分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整合即可。
通过这次课程设计，不仅巩固了自己课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用，并在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查找资料及请教老师和同学等多种途径来解决问题。
同时，也培养了我认真严谨的态度。
最后这次课程设计总算顺利完成了，在设计中遇到了很多不同的问题，但在老师和同学的指导和帮助下，最终还是顺利解决了各种问题。
在此，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
参考文献
[1]康华光、邹寿彬.电子技术基础数字部分（第四版）[M].北京:
高等教育出版社，2000.241-259.
[2]陈大钦.电子技术基础实验——电子电路实验·设计·仿真[M].北京:
高等教育出版社,2000.22-41.
[3]徐国华、孙东、王新金.电子综合技能实训教程[M].北京:
北京航空航天大学出版社，2010.104-128.
[4]姚福安.电子电路设计与实践[M].山东:
山东科学技术出版社2001.76-97.
[5]王澄非.电路与数字逻辑设计实践[M].江苏:
东南大学出版社1999.156-178.
附录
附录1
表6-1元器件清单
元件名称
规格及作用
数量
74LS192
十进制减计时器
6
CD4511
译码器
6
七段数码显示器
共阴极
6
74LS00
四路二输入与非门
2
蜂鸣器
发出警报
1
CD4060
14位二进制串行计数器
1
CC4023
3输入与非门
1
CC4027
双上升沿JK触发器
1
CC4069
六反相器
1
555定时器
产生脉冲
1
电容
10uF
2
电阻
10k
5
电阻
1.5K
1
电阻
6.3K
1
开关
普通
2
开关
单刀双匝
2
导线
连接
若干
附录2
下图中：
MR为清零端，PL为置数端，UP为加计数器，DN为减计数器，TCU为非同步进位输出端，TCD为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3、为计数输入端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
图6-174LS192管脚图
表6-274LS192功能表
输入
输出
MR
PL
TCU
TCD
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
X
X
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
x
x
x
x
加计数器
0
1
1
x
x
x
x
减计数器
图6-2CD4511管脚图
其功能如下：
BI脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE为锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A、B、C、D为8421BCD码输入端。
QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG为译码输出端，输出为高电平1有效。
表6-3CD4511真值表
输入
输出
LE
B1
LT
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
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1
1
0
0
0
0
0
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0
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0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
1
1
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
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