篮球24秒课程设计Word文档格式.docx

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（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

时间安排：

7月1日~7月3日：

明确课题，收集资料，方案确定

7月3日~7月5日：

整体设计，硬件电路调试

7月5日~7月7日；

报告撰写，交设计报告，答辩

指导教师签名：

2014年7月日

摘要……………………………………………………………1

3．原理图4

3.1原理框图4

3.2电路图5

4．单元电路的设计6

4.1进制计数器的设计6

4.2数码显示电路的设计7

4.3秒脉冲的设计9

4.4控制开关电路的设计...11

4.5报警电路的设计11

4.6整机工作原理12

5．电路仿真13

5.1计时预备阶段13

5.2计时阶段...14

5.4电路报警15

6．电路调试16

6.1安装及调试16

6.2故障分析和解决16

6.3电路的改进16

附录3本科生课程设计成绩评定表

摘要

此篮球24秒计时器主要由五个模块构成：

秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路，主要采用555作为振荡电路,由74LS192、74LS48和七段共阴LED数码管构成计时显示电路,计数器完成24秒计时功能，控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数功能译码显示电路完成数字显示功能，报警电路产生光电报警功能，秒脉冲发生器产生时钟脉冲信号，这个信号作为电路的定时标准。

当控制电路的置数开关闭合时，在数码管上显示数字24，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发出光电报警号。

要求设计一个篮球24秒计时器，其要求如下：

其任务如下:

（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：

方案一：

该方案的计数部分是由具有十进制加计数器功能的74LS90芯片和具有十六进制加计数功能的74LS161芯片组成的减计数器，由555多谐振荡电路发出秒脉冲，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，两个7段数码显示管进行显示，从而实验各功能。

方案二：

该方案由两片74LS192加减计数器作为核心部分。

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，两个七段数码显示管进行显示。

采用555计时器制成的多谐振荡器，进行秒脉冲的输入。

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，从而实现各种功能。

两个方案的脉冲发生部分都是由555多谐振荡电路组成，没有多大区别，主要区别在于计数部分，方案一采用加计数器，方案二采用减计数器，从电路结构看，方案一用到了异或门和7个非门，较方案二复杂的多。

在功能实现方面，方案二满足实验要求，而方案一中的低位有74LS161和非门组成，显示数为161输出二进制数反码所对应的数，0即二进制0000对应1111，74LS161不能实现，因而不能实现清零功能，所以选择方案二。

3．原理图

3.1原理框图

篮球24秒倒计时计时器的方案框图如图所示。

它是由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路等五个部分组成。

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，控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数功能，译码显示电路完成数字显示功能，报警电路产生光电报警功能。

秒脉冲发生器产生时钟脉冲信号，这个信号作为电路的定时标准，其电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡其构成。

控制电路手动置数计数器，译码显示电路出现显示，秒脉冲发生器产生秒脉冲刺激计数器递减，随之译码显示电路递减。

暂停/连续时，控制电路控制秒脉冲发生器暂停/连续。

图3.124秒计时器系统设计框图

3.2电路图

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74LS48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。

比赛开始前，利用置数开关将其置数24，比赛开始后，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通过传输门将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。

图3.2总体电路图

4．单元电路的设计

4.1进制计数器的设计

计数器选用集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制可编程同步加法计数器，它采用8421码十进制编码，并具有直接清零、置数、加减计数功能。

其引脚图如图4.1，图中CU、CD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。

PL是异步并行置数控制端（低电平有效），TCU和TCD是进位、借位输出端（低电平有效），MR是异步清零端，P3-P0是并行数据输入端，Q3-Q0是输出端。

图4.174LS192的引脚排列

74LS192的功能表见表4.1所示。

表4.174LS192功能表

输入

输出

↑

加计数

↓

减计数

当PL=1，MR=0时，若时钟脉冲加到端CU，且CD=1则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，TCU端发出进位下跳变脉冲；

若时钟脉冲加到CD端，且CU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，TCD端发出借位下跳变脉冲。

由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下图3-2所示

图4.28421BCD二十四递减计数器

其预置数为N=（00100100）=（24）10。

在CD端的输入时钟脉冲作用下，开始递减。

只有当低位TCD端发出借位脉冲时,高位计数器才作减计数。

当高、低位计数器处于全零,完成一个计数周期，然后手动置数PL=0,计数器完成置数,再次进入下一循环减计数。

4.2数码显示电路的设计

根据设计的要求采用74LS48译码器来驱动共阴极数码显示管。

74LS48芯片是一种常用的七段数码管驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中。

74LS48和共阴极七段LED显示器如图4.3连接。

这样连接74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需像CC4511外接限流电阻。

图4.3显示电路

74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线。

——LT为测试端，低电平有效，当——LT=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，a～g输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。

———RBI为灭零输入端,低电平有效。

在——LT=1，———RBI=0，且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭。

但当译码输入不全为0时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。

BI\RBI是一个特殊的端口，有时作用于输入，有时作用于输出。

74LS48功能表见表4.2。

字形

数字

——LT

———RBI

ABCD

BI/RBO

abcdefg

0000

1000

0100

1100

0010

1010

0110

1110

0001

1001

1111110

1100000

1101101

1111001

0110011

1011011

1011111

1110000

1111111

1111011

消隐

脉冲消隐

灯测试

XXXX

0000000

表4.274LS48的功能表

七短数码管的引脚图如图4.4所示，在使用时要注意是共阳还是共阴，其中3脚和8脚相连为公共端，因为此次设计是使用的共阴极数码管，所以在电路中接地，6脚为小数点引脚，在设计中没要求不需要对其处理。

图4.4七短数码显示管的引脚图

4.3秒脉冲的设计

根据设计要求，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NE555定时器来设计此电路。

从而产生标准的秒脉冲。

NE555引脚功能：

TH：

高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，——TR低电平触发端，简称低触发端，CVO：

控制电压端，OUT：

输出端。

DIS：

放电端，RES：

复位端。

工作原理见表4.3

表4.3555定时器控制功能表

输入

输出

RES

OUT

DIS

导通

VCC

截止

不变

用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供脉冲，如图4.5所示。

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10nF电容C2。

接通电源后，VCC通过R1，R2对C1充电，DIS上升。

开始时DIS<

VCC，即高电平触发端TH<

VCC，低电平触发——TR<

VCC，定时器置位，放电管截止。

随后DIS越充越高，当DIS>

VCC，高电平触发端TH>

VCC，低电平触发端——TR>

VCC，定时器复位，放电管饱和导通，C1通过R5放电，DIS下降。

当DIS<

VCC时，又回到高电平触发端TH<

VCC，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（R1+R2）C1

Tw2=0.7R2C1

振荡周期计算公式：

T=0.7（R1+2R2）C1≈1s

4.4控制开关电路的设计

在本次设计中需实现计数器的暂停、复位和启动控制，启动置数开关和74192的11脚相连即可，置零开关与74192的14脚相连即可。

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。

4.5报警电路的设计

根据设计要求，要产生光电报警，我们采用八输入或非门4078组成一个选择电路，一个发光二极管产生光亮，一个蜂鸣器发出报警。

如图4.6所示

图4.6报警电路设计

或非门4078的输入与两个74LS192的八个输出端相连，当输出端全部为低电平时4078的输出才为高电平，此时导通发光二极管和蜂鸣器，产生光电报警信号。

4.6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、译码显示电路、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、译码显示电路的显示等功能。

由附录1可见图中有三个开关，中间开关为置数，右边开关为暂停，左边开关为清零。

中间开关闭合，74LS192被置数，显示电路出现数字24。

完成置数后断开中间开关，启动计时。

若此时秒脉冲电路的右边开关为断开，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，闭合右边开关，秒脉冲暂停，计数递减暂停，断开右边开关又恢复计数递减，这就实现了暂停/连续功能。

在计数递减的同时，74LS192的8个输出端也随之产生高低电平变化来控制报警电路4078输出端高低电平的变化。

由附录1可见，当74LS192的8个输出全为低电平时，换而言之，就是计数到零时，4078输出高电平，从而触发发光二极管和蜂鸣器，产生亮光和警报声，达到了光电报警。

5．电路仿真

本次设计采用的是protues软件仿真，它是一种功能强大的电子设计自动化软件，提供智能原理图设计系统、SPICE模拟电路、数字电路及MCU器件混合仿真系统和PCB设计系统功能。

其不仅可以仿真传统的电路分析实验、模拟电子线路实验、数字电路实验等，而且可以仿真嵌入式系统的实验。

其仿真结果如下:

5.1计时预备阶段

闭合中间开关，断开右边开关，启动仿真软件，此时74LS192开始工作，高位74LS192输入0010，低位74LS192输入0100，通过74LS48译码，数码管显示出了24秒的字样，进入计时预备阶段。

5.2计时阶段

断开中间开关进入计时阶段，由555产生秒脉冲，从Q端传送到低位74LS192的DN端。

个位数码管从4开始递减，当个位递减0时又通过低位74LS192的TCD端传送到高位74LS192的DN端，十位的数字减1。

如此周而复始的循环形成倒计时。

在计时阶段中，由右边开关来控制暂停/连续,闭合右边开关，555秒脉冲暂停，低位74LS192停止工作，数码管递减停止，反之,555秒脉冲继续进行，低位74LS192继续工作，数码管重新开始递减，又进入计时

5.4电路报警

计数到零时高位和低位74LS192的八个输出端为低电平，则4078输出高电平，于是LED灯、蜂鸣器导通，产生光电报警信号。

6．电路调试

6.1安装及调试

1.按照PCB板的规格，设定好各集成芯片的排放位置、测试各芯片是否与面板接触良好。

2.用异步可逆双时钟BCD计数器74LS192及相关门实现定时倒计时电路。

3.当检测出问题后分析其原因，是元器件本身原因还是接线错误，更换元件或重新正确接线，保证电路的正确运行。

4.确定各元器件是否能正常工作。

5.整体综合连接，测试整体性能。

6.2故障分析和解决

1.计数过程中出现乱码。

原因就是74LS192芯片的CP端出现接触不良，也就是导线扰动，解决的方法就是断掉电源重新加载。

2.计数周期多于一秒。

原因就是555定时器设置的参数不正确，解决方法就是重新设置好电阻R、电容C的参数。

另外，周期不准确也可能是外加电压大于5V，工作时间久了电容、电阻发热造成。

3.24到00后接着计数到99.原因是清零端没接上反馈。

解决的方法就是加一个反馈请零端或者加一个开关来控制，这里就用了后一种方法。

6.3电路的改进

用此电路图在面包板上连接出来的电路板能实现功能，但是电路不很稳定，有可能会出现各种问题，若焊接在电路板上，会更好的实现各种功能。

此电路当数码管显示到“00”时，能亮灯，没有时间误差，相比较而言，我觉得我的电路是较完美的电路图，能很好的实现计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数功能，译码显示电路完成数字显示功能，报警电路产生光电报警功能。

7.收获与体会

要做好本次课程设计，扎实的理论基础是前提，其次，需要进行大量的资料查阅工作以便确定一个正确的思路。

之后便是电路的设计，这不仅要考虑方案的可行性，还需要顾及材料的使用，选出一个最佳方案。

在完成电路的设计后便是电路的安装，这需要我们极其的耐心、谨慎。

因为每一个微小的失误都会导致最后的失败。

本次课程设计，从理论设计到电路软件仿真，再到方案的确定，电路的连接，及最后的调试完成，都需要我们用所学的知识进行思考、论证。

可以说，这一次课程设计是对以前所学知识的一次综合运用。

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。

总之，这次实习使我获益匪浅，在摸索设计电路使之实现所需功能的过程中，培养了我的设计思维，增强了我的动手能力，让我学到了更多，收获了更多。

感谢老师的细心指导。

参考文献

[1].谢自美主编《电子线路设计.实验.测试》华中科技大学出版社2001

[2].温如坤、高志敏主编《数字电子技术基础实验》湖北汽车工业学院2004

[3].朱清慧、张凤蕊主编《Proteus教程》清华大学出版社2008

[4].白中英主编《数字逻辑与数字系统》科学出版社2002

[5].杨志忠主编《数字电子技术》高等教育出版社2008

[6].朱余钊主编《电子材料与元件》西安电子科技大学出版社2002

[7].阎石主编《电子技术基础（数字部分）》高等教育出版社2006

附录1篮球竞赛24秒计时器总电路原理图

部件类型

元件标号

封装

30K

AXIAL0.3

57K

3.7K

10uF

10nF

74LS48

DIP-16

74LS192

555

4078

74LS04

DIP-14

4066

BUZZER

BUZ1

LS1

SW-PB

芯片底座若干

附录三本科生课程设计成绩评定表

性别

专业、班级

课程设计题目：

课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

设计方案和内容

（30分）

制作与调试

说明书内容和

规范程度

（20分）

答辩

（10分）

考勤

总分

（100分）

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日

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