篮球24秒倒计时器课程设计报告

数字逻辑电路设计课程设计报告系（部）：三系专业：通信工程班级：11通信 1班*名：***学号：***********成绩：指导老师：***开课时间：2012-2013学年二学期一、设计题目篮球比赛 24 秒倒计时器二、主要内容1、分析设计题目的具体要求2、完成课题所要求的各个子功能的实现3、用multisim 软件完成题目的整体设计三、具体要求（1）具有显示24s 倒计时功能：用两个共阴数码管显示，其计时间隔为1s。

（2）分别设置启动键和暂停 /继续键，控制两个计时器的直接启动计数，暂停/继续计数功能。

（3）设置复位键：按复位键可随时返回初始状态，即进攻方计时器返回到24s。

（4）计时器递减计数到“00”时，计时器跳回“24”停止工作，并给出声音和发光提示，即蜂鸣器发出声响和发光二极管发光。

四、进度安排第一天：介绍所用仿真软件；布置任务，明确课程设计的完整功能和要求。

第二天：消化课题，掌握设计要求，明确设计系统的全部功能，图书馆查阅资料。

第三天：确定总体设计方案，画出系统的原理框图。

第四天：绘制单元电路并对单元电路进行仿真。

第五天：分析电路，对原设计电路不断修改，获得最佳设计方案。

第六天：完成整体设计并仿真验证。

第七天：对课程设计进行现场运行检查并提问，给出实践操作成绩。

第八天：完成实践报告的撰写五、成绩评定课程设计成绩按优、良、中、及格、不及格评定，最终考核成绩由四部分组成：1、理论设计方案，演示所设计成果，总成绩40％；2、设计报告，占总成绩30％；3、回答教师所提出的问题，占总成绩20％；4、考勤情况，占总成绩10％；无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为 0 分，无故旷课三次总成绩为 0 分。

迟到 20 分钟按旷课处理。

目录前言 (5)1、总体设计思路、基本原理和框图......................................................6 1.1 设计思路 (6)1.2设计原理和功能 (7)1.2.1基本功能 (7)1.3 总体设计框图82、单元电路设计 (9)2.1各芯片的用法和功能 (9)2.1.174LS00 (9)2.1.2555 定时器 (9)2.1.374LS90 (10)2.1.474LS192 (11)2.2 单元模块 (12)2.2.1122.2.2倒计时模块132.2.3控制电路模块142.2.4报警提示模块153、电路仿真调试（总电路图） (16)3.1总电路图 (16)3.2173.2.1启动功能173.2.2复位功能183.2.3暂停功能183.2.4自动停止、复位功能194、故障分析与电路改进 (21)4.1故障分析和解决 (21)4.2电路改进215、总结 (23)6、心得体会..............................................................................................247、元件清单..............................................................................................258、参考文献..............................................................................................26前言电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。

在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机，还可以用来做为各种药丸、药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会的应用是相当普遍的。

在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过24 秒，否则就违例了。

本课程设计“智能篮球比赛倒计时器的设计”，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，它自动报警从而判定此球员的违例。

本设计主要能完成一下功能：显示24 秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接复位、启动和暂停/ 继续功能；在直接复位时，数码管显示为“24”；计时器为 24 秒递减计时其计时间隔为 1 秒；计时器递减计时到“ 00”时，数码显示器不灭灯，并且直接回到“24”，同时报警电路发出光电报警信号等。

整个电路的设计借助于 Multisim 仿真软件以及数字电路相关理论知识，并在Multisim 下设计和进行仿真，得到了预期的结果。

1、总体设计思路、基本原理和框图1.1 设计思路本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球比赛24 秒倒计时器。

此计时器功能齐全，具有直接复位、启动、暂停 | 继续以及光电报警功能，同时使用了两个共阴极数码管来显示时间。

此计时器有了启动、暂停和继续功能，可以方便地在中途实现暂停计时功能。

当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。

此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下 5 个部分组：秒信号产生模块、计时模块、控制模块、译码显示模块以及报警电路模块。

在设计此倒计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。

篮球比赛 24 秒倒计时系统的主要功能包括：进攻方24 秒倒计时和计时结束警报提示。

秒信号产生电路由555 定时器构成的多谐振荡器和74LS90 构成的分频器构成，为计数电路提供计数秒脉冲。

攻方 24 秒倒计时，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。

这一计时模块主要是利用双向计数器74LS192来实现；控制电路主要利用SR锁存器的锁存功能和计时电路的反馈信息来控制电路的计时模块，以实现倒计时器的多项功能。

当计数器计时到零时，警报电路给出发光提示和提示音。

这部分电路主要通过一些门电路来实现。

1.2设计原理和功能篮球比赛 24 秒倒计时器的总体电路包括秒脉冲发生电路、计数电路、显示电路、报警电路和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 / 继续计数、显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。

秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，本电路采用 555 定时器组成的多谐振荡器产生秒脉冲信号。

显示电路采用共阴极数码管对计数器的输出信号直接进行译码显示。

报警电路在实验中可用发光二极管和蜂鸣器代替。

主体电路： 24 秒倒计时部分由 74LS192计数器组成的计数电路完成。

计数芯片清零端接低电平，并使计数器工作在减计数状态。

系统启动后，计数器的置数端无效， 24 秒倒计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。

利用计数器减计数到“00”状态后将自动跳变到“ 99”状态继续进行倒计时这一特点，将短暂出现的“ 99”状态信息通过与非门反馈到控制电路，使控制电路控制计数器的置数端持续有效，电路回到“ 24”状态并停止计时。

另外，在控制电路中还设置了控制开关来实现电路的启动、直接复位以及暂停 / 继续等功能。

1.2.1基本功能本电路基本功能主要包括启动、直接复位、暂停 / 继续等功能，这些功能的实现由控制电路的控制作用来完成。

启动功能：控制电路部分主要由与非门组成的 SR锁存器和一些门电路、控制开关组成。

在保证 74LS192双向计数器工作在减计数状态的前提下，将其置数端接在控制电路SR锁存器的输出端。

在按下启动键J1 之前，锁存器输出为低电平，置数端有效，计数器处于置数状态。

当按下 J1 后，锁存器输出翻转为高电平，置数端无效，计数器进入计数状态。

直接复位功能：单刀双掷开关J3 为复位键，当其接在锁存器输出端时，计数器按照其他控制信号正常工作，当按下J3 将其接地时，计数器置数端被置零处于有效状态，计数器直接复位为“24”当再次按下开关时，计数器再次工作进入计数状态。

暂停 / 继续功能：开关J2 为暂停 / 继续键，当其断开时多谐振荡器产生的秒脉冲信号被截断，因而计数器暂停计数并保持；当开关 J2 闭合时，秒脉冲信号接通继续为计数器提供脉冲信号，计数器继续进行计数。

1.3 总体设计框图十位数字各位数字控制电路计数器计数器秒信号信号产生电报警电路图 1.1 总设计框图2、单元电路设计2.1各芯片的用法和功能2.1.174LS0074LS00为二输入与非门，本电路利用其构成了SR锁存器和其他一些基本功能。

与非门逻辑功能为两输入端有“0”为“ 1”，全“ 1”为“ 0”。

两输入与非门74LS00引脚图如图 2.1 所示。

图 2.1 74LS00引脚图2.1.2 555定时器555 定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。

它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制与检测电路中。

555 定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和 C2、简单 SR锁存器、放电三极管 T 以及缓冲器 G组成，其内部结构图如图 2.2 所示。

图2.2 555 定时器内部结构图本电路采用 555 定时器构成的多谐振荡器产生脉冲信号。

用555 定时器构成的多谐振荡器如图 2.3(a) 所示。

接通电源后，电容 C 被充电，当 v c上升到 2Vcc/3 时，是 v o为低电平，同时放电三极管 T 导通，此时电容C 通过 R2和 T 放电，v c下降。

当 v c下降到 Vcc/3 时， v o翻转为高电平。

电容器C放电所需时间为t PL=R2C ㏑ 2≈0.7R2C当放电结束时， T 截止， Vcc 将通过 R1、R2向电容器 C 充电， v c由 Vcc/3 上升到 2Vcc/3 所需时间为t PH=(R1+R2)C㏑2≈ 0.7(R 1+R2 )C当vc 上升到 2Vcc/3 时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到了一个周期性的举行波。

电路的工作波形如图 2.3 （b），器振荡频率为f=1/( t PL+ t PH)≈1.43/(R1+2R)C（a）电路图（b）工作波形图 2.3由555定时器组成的多谐振荡器2.1.374LS90本电路秒脉冲发生信号由多谐振荡器和74LS90构成的分频器组成。

首先由多谐振荡器产生频率为1000Hz的周期矩形波信号，然后经过分频器分频最终得到频率为 1Hz 的脉冲信号。

74LS90计数器是一种中规模二——五进制计数器，将三片74LS90级联便可构成分频比为 1000 的分频器。

其功能表如图 2.4 所示。