1、电子技术课程设计-篮球比赛计时器2目 录一、设计任务与要求-3 二、总体框图-3三、器件选择-41、我设计的模块选择的器件-42、器件介绍-4（1）十进制可逆计数器 74LS192-4（2）二输入四与非门 74LS00-5（3）六反相器 74LS04-6（4）RS 触发器-7（5）发光二极管-7（6）七段数码显示器-7四、功能模块-81、闪灯报警电路-82、暂停/连续电路-9五、总体设计电路图-111、电路说明-112、电路仿真-113、实验总体电路-12六、硬件验证-131、硬件连接及实验过程-132、硬件连接问题及相应处理-1333、实验结果-13篮球比赛计时器一、 设计任务与要求1. 篮
2、球比赛全场为 48 分，其分为 4 节，每节 12 分钟，要求开机自动置节计数器为第“1 ”节，节计时器为“12 分 00 秒” 。2. 用数字显示篮球比赛当时节数及每节时间的倒计时，计时器由分、秒计时器完成，秒计时器为模 60，分计时器应能记满 12 分。3. 能随时间按钮开关控制比赛的启动/停止，启动后开始比赛，停止期间不计时，重新启动后继续计时。4. 每节比赛时间结束时，能以闪灯自动提示并暂停计时，同时节数自加 1。5. 秒信号不必考虑时间精度，可利用试验仪上所提供的连续脉冲（方波） 。6. 本计数器由崔俊杰、邓宏飞合作设计。崔俊杰负责设计计数器模块、译码和显示电路模块、置数停止功能模块
3、。邓宏飞负责设计闪灯报警电路模块、暂停连续功能模块。二、 总体框图设计的核心部分是要设计一个十二进制的分倒计时、一个六十进制的秒倒计时及一个四进制的节计数器，并且对计数结果进行实时的显示，同时要实现设计任务中提到的各种控制要求。设计方案如下框图所示，系统分别实现 12 进制、60 进制递减计数器，4 进制加法计数器，同时实现了置数、启动计数、清零、暂停/连续、显示、闪灯报警等控制。4显示器 显示器 显示器 显示器 显示器4 进制节数计数器12 进制分倒计时60 进制秒倒计时暂停/连续脉冲信号闪灯报警信号图一：设计电路总体框图三、 器件选择（1） 74LS00 二输入四与非门（2） 74LS19
4、2 同步十进制可逆计数器（3） 74LS04 六反相器（4） RS 触发器 （5） 发光二极管（6） 单刀双掷开关（7） 七段数码显示器（8） 电阻（9） 电容2、 器件介绍（1）十进制可逆计数器 74LS19274LS192 是同步十进制可逆计数器，其引脚排列及逻辑符号如下所示：5（a）引脚排列 (b) 逻辑符号图 1 74LS192 的引脚排列及逻辑符号图中： 为置数端， 为加计数端， 为减计数端， 为非同步进位输出端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3 为计数器输入端， 为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3 为数据输出端。其功能表如下：输入 输出MR P3 P2 P1 P0 Q3
5、Q2 Q1 Q01 0 0 0 00 0 d c b a d c b a0 1 1 加发计数0 1 1 减发计数表 1 74LS192 的功能表使用方法为：当清零端接高电平时，无论其他端口如何，输出端都显示为 0.清零端低电平失效后，置数端接低电平时，输入与输出端保持一致，置数端节高电平时，如果接加法计数端则进行加法计数，反之为减法计数。6（2）二输入四与非门 74LS0074LS00 是四 2 输入与非门，其逻辑符号，逻辑功能表，内部原理图分别如下： 表 2 74LS00 的逻辑功能表 图 2 74LS00 的内部结构图 3 与非门逻辑符号 图 4 74L00 管脚图 （3）六反相器 74L
6、S0474LS04 为六反相器，他的输入是、为 A，输出为 Y，6 个相互独立反相。电压 5V，电压范围在 4.755.25V 内可以正常工作。门数 6，每门输入输出均为 TTL 电平（2v 高电平）,低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流 8mA。其逻辑符号、逻辑功能表、内部结构、管脚图分别如下：7图 5 74LS04 的内部结构 表 3 74LS04 功能表图 6 74LS04 的逻辑符号 图 7 74LS04 的管脚图（4）RS 触发器 以下分别为 RS 触发器的电路结构、逻辑符号和真值表。图 8 RS 触发器的电路结构 图 9 RS 触发器的逻辑符号表 4 RS 触发器的真值表（5
7、）发光二极管8中空 LED 发光二极管，属于电子发光元件，由 LED 发光芯片、内透明罩、外透明罩、透明树脂、LED 发光芯片引脚构成。本发明在原有的 LED 发光二极管透明罩的外面再加上一层透明罩，使 LED 发光芯片发出的光波在两层透明罩之间经过反复折射后再对外散射，增大了发光二极管的发光角度，为原先发光角度的 2-4 倍。内、外透明罩之间可为真空或充填任何气体，并可通过改变充填的气体介质成份来改变发光颜色。实验中用的是绿色的发光二极管。（6）七段数码显示器LED 显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视
8、距离远、规格品种全等特点。目前 LED 显示屏作为新一代的信息传播媒体，已成为城市信息现代化建设的标志。其真值表如下表所示：表 5 七段数码显示器真值表四、 功能模块1、 闪灯报警电路9此电路由发光二极管作为核心，当电路的分、秒计数状态分别为“00 分 00秒”时，系统的输出信号使闪灯报警电路处于连续的报警状态，报警表示一节比赛结束。下图所示为闪灯报警电路的验证电路，当电路的左部分输出为 0 时，闪灯电路将处于连续的报警状态，设计电路如下图七所示。电路工作原理为：74LS192 计数器输入端默认置数为 1001（9） ，加法计数端、置数端接高电平失效，清零端接低电平失效，输出端 QA、QB、Q
9、C 、QD与数码管 1、2、3、4 端相接，减法计数端接入脉冲信号，接位输出端与反相器连接，之后与三极管 P 端相连，脉冲信号输入减法计数端，74LS192 开始由 9向 0 减法计数，当输出为 0 时，计数器接位输出，于是接位输出端输出低电平信号，经过反相器变为高电平信号，输入三极管，使三极管正向导通，发光二极管开始发光。U9DCD_HEX_BLUEU1074LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14VCC5VV1100 Hz 5 V 50U1A74LS04DR11kR222Q12N2219VCC5V8VCC91070LED
10、132416VCC图 10 闪灯报警电路102、 暂停/连续电路这部分电路主要由 RS 触发器组成，当分计时器的十位产生进位脉冲，同时单刀双掷开关置于暂停端时，系统暂停脉冲的输入；单刀双掷开关置于连续端时，系统脉冲连续输入。设计电路对系统电路进行验证如下图八所示。电路工作原理为：单刀双制开关，单刀端接地，双制开关一端 RS 触发器R 端，一端接 S 端，74LS192 计数器 A、B、C、D 输入端置数 1001（9） ，输出端QA、QB、QC、QD 分别与数码管 1、2、3、4 端相连，显示输出。将置数端与接位输出端相连，加法计数端接高电平，令其失效，清零端接地，低电平失效。脉冲信号输入到三
11、输入一输出与非门的一输入端。RS 触发器 Q 端接入三输入一输出与非门的另一输入端，最后将剩下的一个输入端接入高电平，并在之间接入一个发光二极管和一个保护电阻，用于指示和保护电路。当开关接 R 端时，S 端为高电平 1，R 端为低电平 0，Q 端输出为高电平 1，此时三输入一输出与非门除脉冲信号外 2 输入均为高电平 1，所以与非门输出由脉冲信号确定，所以此时计数器正常计数，当开关指向 R 端时，R 端为低电平 0，S 端为高电平1，此时 Q 端输出为低电平 1，所以三输入一输出与非门输出强制为低电平 0，经过反相器反相后为高电平 1，接入 74LS192 减法计数端，减法计数端失效，计数器暂
12、停。11U16B74LS00N U17B74LS00NR210kU18A74HC10D_6VJ1Key = SpaceVCC5VR310kLED1R4680k75VCC402U9DCD_HEX_BLUEU1074LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14VCC5V111098VCC 5VVCC V1100 Hz 5 V 3U1A74LS04D1VCC06131214图 11 暂停/连续电路五、 总体设计电路图1、 电路说明设计的总体电路由计数电路、译码显示电路、置数/停止电路、闪灯报警电路和暂停/停止功能电路五部分组成。电路的
13、脉冲由 Multisim 基本的脉冲元件经暂停/停止电路模块输出，其模值在电脑仿真过程中根据实际的需要可以规定仿真速度。计数电路部分 60 进制秒计数器的个位 BO 端输出的借位脉冲反馈于自身的置数端，并作为十位部分的脉冲信号，即当个位为 0 时，十位自减 1，个位进入下一轮计数循环。当秒计数部分个位和十位同时为 0 时，12 进制分计数器进入减法状态。分计数器的个位初值为 2，当个位为 0 时，个位 BO 端输出借位脉冲作为分计数器十位上的脉冲。当分计数部分和秒计数部分同时为 0 时，节数12计数部分进入计数。节计数部分的处置为 1，为 4 进制循环。当分计数部分和秒计数部分同时为 0，节计
14、数部分产生进位时，显示部分的分计数与秒计数各个输出分别经过或非后，输出部分再经过相与后，经 D 触发器停止工作，电路的分、秒计数状态分别为“00 分 00 秒” 。当电路的分、秒计数状态分别为“00 分 00 秒”时，系统的输出信号使闪灯报警电路处于连续的报警状态，报警表示一节比赛结束。当电路处于连续的工作状态时，系统可以由暂停/连续电路进行控制它的状态。下图所示为第一节比赛结束时的总体电路及电路的整体输出状态。在整体电路中，开关 Space 控制电路的暂停/连续状态，当开关打在左边时，电路处于暂停状态，当开关打在右边时，电路处于连续状态。开关 B 控制电路的置数/停止状态，当开关打在左边时，
15、电路处于置数状态，即“1 节 12 分 00 秒” ，当开关打在右边时，电路处于停止状态。2、 电路仿真按照实验要求及任务在软件 multisim 上设计电路，并利用软件进行仿真。打开电源，将空格按钮至于置数端时，电路显示为“1 节 12 分 00 秒” ，将空格按钮置于非置数端时，电路进入倒计时状态；将 A 按钮置于暂停端时，系统处于暂停状态，将 A 按钮置于连续端时，系统继续进入倒计时状态。当分和秒进入“00 分 00 秒”的状态时，系统节数自加 1，同时系统的闪灯报警系统闪灯。3、试验总体电路13U2DCD_HEX_BLUEU474LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6
16、QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U5DCD_HEX_BLUEU674LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U7DCD_HEX_BLUEU874LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U9DCD_HEX_BLUEU1074LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14VCC5VJ1Key = BU11A74LS04N26U12NOR81415 1316 181719202
17、528U14A74LS74D1D2 1Q 51Q 61CLR11CLK31PR4U13NOR86 8 1012911U15A74LS08J27293223VCC5VVCCU1DCD_HEX_BLUEU374LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U19NOR4U20A74LS04NU16A74LS04N3938373635343VCCU17A74LS08JVCC5VVCC1U18A74LS04DR11kR222Q12N2219VCC5VLED102422 4VCC207 5V1100kHz 5 V 0U21B74LS00N
18、U22A74LS00NR1010kU23A74HC10D_6VJ3Key = SpaceVCC5VVCC5VR1110kLED2 R12680kU24A74LS04DU25A74LS04D46454440VCC4342VCC4131473032148U26NAND2六、硬件验证1、硬件连接及实验过程14（1）列写试验所用的芯片及仪器清单，跟老师领取芯片及仪器。（2）按照设计电路进行硬件连接。（3）验证电路。（4）找实验老师进行试验指导，并对错误进行纠正、记录。2、硬件连接问题及相应处理设计电路中的 8 输入单输出的或非门实验室没有，我们用 7 个双输入单输出的或非门及 6 个非门组成 8 输入单输出的或非门。
