1、重庆交通大学1电子技术基础课程设计总 结 报 告篮 球 比 赛 计 时 器 指导教师： 万星设计人员：张馨月 学号：10240305班级：电气 3 班 日期：2012-6-25重庆交通大学2目 录重庆交通大学3 设计任务与基本要求设计任务篮球比赛计时器是一种体育比赛计时装置，经过改造可满足多种要求和场合。利用中小规模集成电路设计一个数字显示的简易篮球比赛计时器。基本要求篮球比赛上下半场四节制，每节 12 min，要求能随时暂停，启动后继续计时，一节比赛结束后应可清零。按篮球比赛规则，进攻方有 24 s 为倒计时。要求进攻方得到发球权后，必须在 24 s 内完成一次进攻，否则将球权判给对方，因此
2、需要一个具有 24 s 的倒计时功能。“分”、“秒”显示用 LED 数码管，应配用相应译码器。用扭子开关控制计时器的启动暂停。24s 计时时间到、每节结束和全场结束能自动音响提示。重庆交通大学4（2）设计框图及整体概述篮球比赛计时器实际上是一种多功能倒计时装置，它包括12 min、24 s 倒计时，按键启停功能和自动音响提示等，其组成原理框图如上图所示。该电路主要由秒信号发生电路、启停电路、声响电路、门控电路、显示电路和计数电路等组成。一旦发球，启停电路启动，计时器开始工作，即 12 min、24 s 倒计时同时工作。当发球权交给对方时，24 s 倒计重新开始计时，而 12 min 倒计时继续
3、工作。当启停电路暂停时，12 min、24 s 倒计器保持原来的数据不变，等到重新启动开始工作。重庆交通大学5（3）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 秒倒计时暂停，重新开启和结束提示。该计时系统由以下四个电路模块组成：1 秒时集产生器：这部分利用 32.768KHz 需要通过分频器，最终产生 1Hz 的电信号，驱动整个电路的运作。这一模块主要是利用 CD4060 分频功能和 74LS73D 触发器来实现。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，屏幕显示 12：00，然后利用 74LS192 的减计数的功能，从 12：00 变化
4、到 00:00.攻方 24 秒倒计时：这部分电路与 12 分钟倒计时功能类似，当比赛开始时，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.这一模块也是利用双向计数器74LS192 来实现。节数计次：四个 LED 分别表示四场节次，根据比赛场次的转变，用适当的方法使这四个 LED 依次自动指示四场节次。音响控制电路：用 TTL 的功率门或 OC 门可以直接驱动小功率喇叭发声。CP 是周期 1S 的矩形波，则会产生响一下停一下，响停共一秒的声音。总体电路说明：倒计时功能主要是利用 192 计数芯片来实现，同时利用反馈和置数实现进制的转换，以适合分和秒重庆交通大学6的不同
5、需要。又要该系统特殊的需要，到计时器到零时，通过停止控制电路是计时器停止计数并用音响控制电路发出声音。（4）.各单元电路的设计方案及原理说明1 秒时集产生器：利用 555 芯片得到 1HZ 的脉冲信号。R4DC7Q3GND1 VCC 8TR2TH6CV5 U7555R310MR250MC20.01uFC10.01uF12 分钟倒计时：1、计数器件重庆交通大学774LS192 是双时钟方式的十进制可逆计数器。下面介绍 74LS192 的引脚图和 74LS192 的功能表。 CPU 为加计数时钟输入端，CPD 为减计数时钟输入端。 LD(PL)为预置输入控制端，异步预置。 CR(MR)为复位输入端
6、，高电平有效，异步清除。 CO（TCU)为进位输出：1001 状态后负脉冲输出， BO(TCD)为借位输出：0000 状态后负脉冲输出。74LS192 引脚图可以根据 74LS192 的引脚图来实现硬件连接，图 2 中P0、P1、P2、P3 分别为 D0、D1、D2、D3，可以通过 LD=0，给这四个引脚接高电平或低电平来实现置数，Q0、Q1、Q2、Q3 为 74LS192 的输出端，可以直接接七段数码显示译码器。重庆交通大学8CR LD CPU CPD D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0CR LD CPU CPD D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q01 0 0 0 00
7、 0 D C B A D C B AO 1 1 加计数0 1 1 减计数74LS192 功能表根据 74LS192 的功能表，当 LD=1，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，当计到 9（1001）时，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，当计到 0（0000）时，BO 端输出借位下降沿跳变脉冲。2、置数实现器件74LS192 是 6 非门(反相器)他的工作电压 5V，他的内部含有 6 个 coms 反相器， 74LS192 的作用就
8、是反相把 1 变成0，把 0 变成 1。下面是芯片的管脚图74LS192 管脚图重庆交通大学9由两块 MSI 计数器构成，低位是十进制，高位可为一个任意进制，再利用置。分计数器:初始值“12”来实现十二进制。分计数的置数重庆交通大学10(其中 UP 对应引脚 CPU 加计数时钟输人端，DOWN 对应引脚CPD 减计数时钟输入端，LOAD 对应引脚 PL 预置数输入端，CLR 对应引脚 CR 复位输入端，异步清 0。 ） 由 74LS192D 的功能表知，要完成减计数功能需要将 UP 置为 1，LOAD 置为 1，CLR 置为 0，给 DOWN 一个脉冲，在脉冲上升沿时，芯片完成减数功能。用 7
9、4LS192 的 LD 完成分计数的置数和减计数功能，给 U14的数据输入为 1（0001） ，U12 的数据输入为 2（0010） 。 按空格开关闭合，此时是接地，为低电平，LD=0，实现置数功能，显示 12 分。按空格开关打开后，此时为高电平，LD=1，当脉冲来时，做减计数。秒计数器：秒信号经秒、分计数器后分别得到“秒”个位、十位， “分”个位、十位的计时输出信号，然后输出到译码显示电路。“秒”计数器应为 60 进制，而“分”计数器可为大于等于12 的任意进制。（1）秒计数器：六十进制计数器可以由两块 MSI 计数器构成，一块十进制，一块六进制，组合起来就构成六十进制计数器。74LS192
10、 是十进制同步加法/减法计数器，具有直接清零、异步置数功能。由篮球比赛的特点，计时器可以设计成距离比赛结束的时重庆交通大学11间，因此这种方案需用减法计数器，而对每一节的计数实现的又是加法计数器，而 74LS192 既可以实现加法计数，也可以实现减法计数。74LS192 本身就是十进制，所以图 3 中 U4 直接利用借位输出端 BO，一旦有借位则 BO 给 U3 一个上升沿，U3 就开始减计数，从而秒的个位实现十进制。图 4 十进制电路图重庆交通大学12要想实现六十进制，则一开始要将 U3 置成六，必须使LD=0，才能置数；但要实现减计数，又必须使 LD=1。所以我使用了 CR 的清零功能，总
11、开关闭合时，CR=1，此时显示为 0，总开关断开时，CR=0，减计数开始，U4 上 BO 输出借位为 0，LD 接 BO=0，给 U3 置数，下一瞬间，BO=1，LD=1，则 U3 从六开始递减。U4 有借位输出，U3 则减 1，如此递减，直到 U3、U4 全减为 0，U12 的 LD 和 U3 的 BO 相连，U12 减1，U3 置为六。一直循环形成六十进制。重庆交通大学13六十进制计数器 节计数器：四进制加法计数器由一块 74LS192 构成，使数据输入为“0001”，当低电平有效信号控制其置数端时，便实现置 1。同理，按空格键开关闭合，LD=0，U15 置数为 1，开始节计数，如图；开关
12、断开后（即使 LD=1），CPD=1,当分十位有借位输出时，便给CPU 一个脉冲，U15 便开始加 1，实现节计数。节计数的置数重庆交通大学14节计数的加法控制电路由两片 74LS192 组成，用 74LS192 来控制计数器 12 分 00 秒的递减计时，在控制电路中用 A 和空格分别来控制电路的启动、暂停/连续或是停止工作。在这当中 CR 的作用也是不同的，当 A 和空格为“1”时，CR 经非门为 0，LD 为 1，电路开始计时，当 A 为“0”时，CR=1，有清零功能，LD=0，有置数功能，电路不工作并置数，显示器就为“1” “2” “0” “0”。当空格置为“0”时，计时器暂停工作，则
13、 CR 停止工作。当空格为“1”时，CR 继续工作。显示器重庆交通大学15直接用仿真和硬件上的七段数码显示译码器。置数和计数的开关控制刚开始按下开关，要求计时器显示 12 分 00 秒，再按开关后，计时器开始计时。置数时，要求 LD 全部为 0，计数时，要求 LD 为 1，但 74LS192 是十进制，秒计时要求是六十进制，即要求在显示六十秒时，置为 00，LD 在计数和置数上矛盾，所以我用总的开关来控制六进制的清零端 CR，同时控制其余的 LD 端，使其可以用一个开关来控制置数和计时。实现时，CR=1 清零，LD=0 开始置数，所以可以用一个非门来同时实现。其开关的设置如下页所示，开关闭合时
14、，为低电平，LD实现置数，CR 经反相器为高电平，开始清零；开关断开，为高电平，LD=1，CR=0，开始计时。开关闭合断开时会出现抖动，即会有高低电平不稳的状况，这就需要有防抖动开关来使其稳定。防抖动开关和节结束开关的实现是由我的同组者来设计。重庆交通大学16图 10 开关控制计数重庆交通大学17五、总体设计电路图图 11 总体设计电路图重庆交通大学18在总电路图中，当开关 A 接右时，经防抖动开关输出为低电平，经过与门，仍为低电平，则 LD=0，实现置数；开关 A 接左时，输出为高电平，从左往右，第二片74LS192 上没有借位输出，BO=1，经与门后，输出为高电平，经过脉冲，则实现减计数。
15、暂停/连续开关由空格键控制，当接右时，经防抖动开关输出为 1，BO 无借位时输出为 1，有脉冲时为 1，经三输入的与非门为 0，再经与非门为 1，所以能正常工作；当开关接左时，经防抖动开关后为 0，经两个与非门仍为0，实现暂停计时。24S 进攻倒计时由裁判按下，喇叭响，表示进攻开始。然后计数器从24S 减到 00S 时，裁判又按下开关，喇叭响，表示进攻结束。其原理和 12min 倒计时相同，先对两块芯片进行置数，即“2” “4”，开关断开后，192 芯片开始进行减数。倒计时装置的秒脉冲发生器是由 555 芯片和两个电阻，两个电容组成。其中调节电阻阻值可改变脉冲发生器的频率，从而改变从 24S
16、变到 00S 的时间，所以电阻参数的设定非常重要。下图为利用 ISIS 仿真 24S 倒计时的截图：重庆交通大学19D015 Q0311 12D210 Q2639 37UP5 TCU12DN4 D13PL1MR14U174LS192D015 Q0311 12D210 Q2639 37UP5 TCU12DN4 D13PL1MR14U274LS192R110kSW1S-SPTVCVCR4DC7Q3GND1 VC8TR2TH6CV5 U75R310MR250MC20.1uFC10.1uFVCLS1SPEAKER R410k实验结果及分析（一）实验结果1、 将五片 74LS192 中的 LD 置为低电
17、平，将第四片CR 信号接为高电平，实现了置数“12 分 00 秒” 。后将 A断开，LD=1，CR=0，计时器开始工作，实现倒计时，同时在显示器上按脉冲来递减显示。2、 用基本的 RS 触发器连接成防抖动开关，用空格键来控制与非门的输出来控制暂停和连续。3、将两片 74LS192 接成 24S 倒计时时，用 555 芯片来实现秒脉冲输入，较由 CD4060 芯片简单，容易实现，且参数可调。重庆交通大学20（二）结果分析1、拨动开关，当 A=0 时重新置数，当 A=1 时开始计数。当按空格键输出为 0 时暂停，当按空格键输出为 1 时继续。2、当计时器从 12 分 00 秒递减到 00 分 00
18、 秒时，数码显示器不灭灯，同时发光二极管发光报警。3、手动控制 K1 和 K2 实现暂停和连续功能。4、手动控制 24S 的开关，每次按下开关后开始倒计时，再按下开关后，计时器自动恢复为 24S。（三）在 ISIS 中进行仿真1、在执行仿真命令时，不能进行其他操作。如果元件有误，系统会自动报错。2、各个芯片需要在 P 库中去寻找，而电源、接地只需要按鼠标右键，选择终端 POWER 或 GROUND。心得体会本次课程设计让我收获颇多。首先我学会了把大问题分解为一个一个的小问题，再逐个解决。记得开始我看到这个题目的时候，觉得完全超出了我的能力范围，不过后面经过仔细的思考再结合老师给出的方框图，一个
19、方框一个方框的做就把问题简单化了。接下来，我开始收集资料，上网百度各个元件的引脚图，功能表。再结合重庆交通大学21这些材料进行连线，布局。最后，用 ISIS 进行仿真。之前我从未接触过这个软件，但为了这次的课程设计以及将来的工作，我觉得学习这个软件是非常必要的。开始总是艰辛的。我找不电源和接地，我翻遍了整这库也没找到，组员劝我放弃了，但我不想就在困难面前低头，于是我上百度，知道了一点线索，再结合我和组员的尝试，最终这个难题被我们解决了。总之，这次的付出是有回报的，我们学到了不少电气专业的知识，不仅拓宽了我们的知识面，也巩固复习了原来的知识。再者，我相信只要认真做事，一定是有收获的。参考文献毕满清主编. 电子技术实验与课程设计. 第 3 版. 机械工业出版社阎石主编. 数字电子技术基础. 第 4 版. 高等教育出版社
