24秒篮球计数器设计完美版.docx
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24秒篮球计数器设计完美版
24秒篮球计数器设计（完美版）
第一章设计任务及要求
1.1设计基本要求
1.具有24秒计时功能。
2.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。
3.在直接清零时，要求数码显示器灭灯。
4.计时器为24秒递减时,计时间隔为1秒。
5.计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，蜂鸣器要报警、发光二极管亮灯。
1.2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
第二章总体参考方案
2.1设计原理
24秒计时器的总体参考方案框图如下图所示。
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。
24S设计总体框图
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74HC4511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和鸣蜂器代替。
主体电路：
24秒倒计时。
24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。
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门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。
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。
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，译码器显示电路显示“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，计时器停止计数，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。
第三章单元电路设计
3.1秒脉冲发生器
555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和开关管的通断。
用555定时器构成多谐振荡器电路如上图，电路没有稳态，只有两个暂稳态，也不需要外加触发信号，利用电源Vcc通过R14和R15向电容C充电，使Uc逐渐升高，升到2/3Vcc时，Uo跳变到低电平，放电端导通，这时，电容器C通过电阻R14和D端放电，使Uc下降，降到1/3Vcc时，Uo跳变到高电平，D端截止，电源Vcc又通过R15和R14向电容C充电。
如此循环，振荡不停，电容器C在1/3Vcc和2/3Vcc之间充电和放电电路。
T=0.7C2（R1+2R2）=1.078s可近似1s，但是电路容易受温度及电阻电容精度影响，误差较大，适用于粗略的场合。
3.274LS192构成24减计数器
24秒减法计数器采用74LS192设计，74LS192是十进制同步加法|减法计数器，采用8421BCD码编码，具有直接清零异步置数功能。
CPU
CPD
LD'
CR
操作
×
×
0
0
置数
↑
1
1
0
加计数
1
↑
1
0
减计数
×
×
×
1
清零
由上述74LS192功能表看出，当LD=1时，CR=0，CPD=1时，如果有时钟脉冲加到CPU端，则计数器在预置数的基础上进行加法计数，当计数到9（1001），CO端输出进位下降沿跳变脉冲；当LD=1，CR=0，CPU=1时，如果有时钟脉冲加到CPD端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当计数到0（0000）
时，BO端输出借位下降沿跳变脉冲。
由此设计出三十进制减法计数器，预置数位N=（00100100）=（24）,当低位计数器的借位输出端BO输出借位脉冲时，高位计数器材进行减法计数。
当计数到高低位计数器都为0时，高位计数器的借位输出端BO输出借位脉冲，使N3置数端LD=0,则计数器完成置数置零，在CPD端输入脉冲的作用下，进行下一循环的减法计数。
3.3译码显示模块
用4511驱动数码管。
U10的A（15脚）、B（1脚）端接高电平，C（9脚）、D（10脚）接地，U11的A、B、C、D均接地。
当两个74LS192的置数端（11脚）来个低电平时，由于复位端（14脚）接地，计数器被置为24，且每来一个脉冲计数器开始倒计时。
74HC4511功能表
十进制
输入
LE
输出
/LT
/BI
A
B
C
D
QA
QB
QC
QD
QE
QF
QG
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
2
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
3
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
4
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
5
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
6
1
1
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
7
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
8
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
9
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
3.4报警电路模块
当计数器满24个脉冲，高位计数器U10的BO端输出低电平，一方面将与门一个输入端置零，另一方面点亮发光二极管，发出报警信号。
需要说明的是，当输入端置零的时候，74LS192的输入端被封锁，所以数码管显示一直停在00。
3.5控制电路部分
3.5.1清零功能
通过对74LS192的CLR（14号引脚）控制，实现清零操作。
3.5.2置数功能
通过对74LS192的LOAD（11号引脚）控制，实现置数操作。
3.5.3暂停、启动功能
通过对秒脉冲的OUT（3号引脚）端控制，实现暂停、启动功能。
3.5.4直接清零（灭显示器）
通过对BI引脚的控制，实现显示器的亮灭。
第四章电路仿真（附图说明各部分功能的实现）
电路采用Multisim软件进行仿真，仿真前须明白：
在仿真软件上能仿真出结果的设计电路并不代表在实际电路中能得到同样的结果；仿真不出结果的电路也并不代表在实际电路中得不出结果。
仿真只是给我们提供一个环境去验证一下自己的设计电路。
电路安装完毕后，必须经过调试才能正常工作。
通常采用以下两种调试方法：
1）单元调试：
把电路按照框图上的功能分成若干个单元分别进行调试，然后再完成各个单元电路调试的基础上逐步扩大调试范围，最后进行整个电路的调试。
对于新设计的电路而言，这种方法即便于调试，又能及时发现和解决问题，该方法适用于课程设计。
2）待整个电路安装完毕后，再对电路进行调试，这种方法适用于产品。
调试时需要记录各个部分的测试数据及波形，以便于分析和运行时的参考。
仿真各部分功能的实现
4.1开始状态
当单刀双刃开关调到置数端，处于初始状态，数码管显示24；
4.2置数、启动
当单刀双刃开关调到置数端，数码管显示24；当单刀双刃开关调到调到高电平端（+5V），数码管显示（24到0跳变如下图）；
4.3暂停、启动
单刀双掷开关A接低电平时为清零状态，当A由低电平转换到高电平时，电路启动，开始计时。
当按下“暂停”按钮（上图），按下“启动”按钮（如下图）。
4.4保持
按了“暂停”按钮，数值保持原来的值不变。
（如上图）
4.5灭显示器
4.6报警电路
报警电路由三极管构成的放大电路以及蜂鸣器发光二极管组成，当计数器显示到零，蜂鸣器报警，同时二极管点亮。
当数值到0时，蜂鸣器响了，同时发光二极管亮了。
（如上图）
第五章整体电路图
第六章实验室调试
6.1元件清单
器件名称
型号
数量
单刀双掷开光
4
74LS192D
2
4511BD_5V
2
共阳数码管
2
74LS74D
1
BUZZER（2000hz）
1
发光二极管
LED
1
电容
1*100uf1*10uf
2
定时器
LM555CN
1
开关
按下可以弹起
1
电阻
1K*16K*150*14.7*1
4
三极管
2N6487
1
二输入与门
74LS08
1
排阻
1k*8
1
6.2调试过程
6.2.1搭建秒脉冲，用示波器检测，调试功能。
6.2.2搭建24减计数器，显示减数，调试功能。
6.2.3搭建报警电路，检测功能，调试功能。
6.2.4搭建控制电路，检测显示，调试功能。
6.3调试结果图片
开始置数，显示24S（如上图）
时间到了，数码管显示00，蜂鸣器响，发光二极管亮了。
详见附录视频。
本设计主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的功能要求：
1.时钟模块为减计数提供脉冲信号，从而实现计数器间隔为1秒钟；
2.计数、译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能：
3.报警模块是为了实现当减计数到零时发出光电报警信号；
4.控制模块主要是为了实现计时器的启动、直接清零和暂时/连续功能，其中在直接清零时，由外控制开关控制译码器消隐端，从而可以实现译码器灭灯；通过暂时/连续开关从而实现断点计时功能。
至此，本设计能完成所有任务及要求。
6.4调试心得体会
在此次课程设计中，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，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。
在此，非常感谢赵国树老师的认真指导。
在仿真中，我采用了分模块，最后整合时出现+5V用了两种VCC，VDD，导致出现网格错误。
但是在老师指导下解决了上述问题。
在进行实验的时候，遇到不少的问题。
一开始不知道该使用什么芯片去做实验，只好先熟悉芯片的功能，同时去图书馆借有关书籍，看看哪些芯片能达到编码，译码，锁存等，以及重新温习了书本。
经过资料的搜集，基本确定了用哪类芯片达到哪类功能。
然后就研究电路图，仔细对照真值表连接电路图，并画好电路图草稿。
画好电路图后，并在电脑上画好电路图，编译也不过，存在几个错误，慢慢检查后，是连线的错误，有几个地方是不该接在一起的，从而造成了一个输入端有两个输入量。
在排除错误后，经过了编译，但是数码管完全没有反应，后来发现接线错误导致令CD4511一直不工作，改过错误后，数码管能正确显示，选手也能抢答，但是抢答时间到了，74LS192还是在计数，不能在00那里停止，于是改进电路图，并完成了电路。
上面是一些问题和解决方法，其实遇到的问题远不止这些，不过现在回想起来都是一些很低级的错误，有时候是因为粗心大意造成的错误，有时候是因为没有认真看芯片的真值表而造成的。
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。
1）在本次课程设计中，我对74HC4511、74LS192、555等芯片加深了了解，和巩固了对它们的使用，对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理解，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。
2）分模块调试电路思想给我们检查电路提供了很大的方便。
有时候是因为粗心大意造成的错误，有时候是因为没有认真看芯片的真值表而造成的，有时候是芯片坏了，或着其他元器件有问题。
3）提高实践动手能力。
大学中许多的时间都是在学习理论知识，很少参与时间中去，课程设计给我们提供了一个宝贵的机会，理论用语实践，从设计，仿真，安装调试，没一步的进行，都会带来受益非浅的实际操作训练，许多的实践经验是我们在课本上学不到的，必须经过这样严格的自己动手，才会从中体会出设计成果的喜悦。
理论知识总是要用于实践中才得以升华，我们应该更多的参与实践，以增强我们对电子专业的兴趣。
同时，从开发设计一些小规模产品去体会学习开发设计电子产品的设计思路，为以后的工作打下基础。
课程设计达到了专业学习的预期目的。
在一个星期的课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对电路板制作流程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。
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