1、学 号： 0120911360229课 程 设 计题 目 篮球竞赛 24 秒计时器学 院 自动化学院专 业 自动化班 级 自动化 0902姓 名 李鑫指导教师 杨莉 林伟武汉理工大学课程设计说明书12011 年 6 月 30 日目 录摘 要 2ABSTRACT3第 1 章 设计任务及基本要求 41.1 设计任务 41.2 基本要求 4第 2 章 电路框图及工作原理 42.1 电路框图 .42.2 设计方案 5第 3 章各单元电路的设计 53.1 24 进制计数器的设计 .53.2 数码显示电路的设计 73.3 秒脉冲的设计 83.4 各控制开关的设计 93.5 报警电路的设计 113.6 整机
2、工作原理 12第 4 章 电路仿真 12第 5 章 数字电路的连接与调试 14结论 15参考文献 16附录一 篮球竞赛 24 秒计时器总电路原理图 17附录二 原器件清单表 18武汉理工大学课程设计说明书2摘要电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识与实践能力相结合的重要环节，是真正锻炼学生能力的环节。为今后进行复杂的综合型电子系统的设计和调试打下基础。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。
3、本设计主要能完成：电路具有 24 秒时间显示功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的置数、启动/连续和暂停功能；计数过程中，无论处于何种状态，当按下置数键时，计数重新开始；计时器为递减计时，其计时间隔为 1 秒；当计时器递减计时到零时，显示器显示 00，同时发出 CP同步闪烁报警信号等。整个电路的设计借助于 Proteus 仿真软件以及数字电路相关理论知识，得到了预期的结果。武汉理工大学课程设计说明书3关键词：24 秒计数 报警 清零 暂停ABSTRACTElectronic course design of electronic technology is very important in
4、 the study of a link, the theory and practice is an important link of combining ability, is the real exercise students ability link. For in the future of the complex electronic system integrated design and commissioning to lay the foundation.In many fields are the timer used widely, such as in sport
5、s, timing alarm, the game down the traffic signal lights, and when the traffic lights, traffic lights, QianHao control machine, still can be used as all kinds of pills, tablets, capsules in the specified time remind drug use and so on, from this visible timer in the application of the modern society
6、 is a very common.This design main can finish: circuit has 24 seconds time display function; External operation switch system Settings, control the timer for number, start/continuous and suspension function; Counting process, in whatever state, when you press the number keys, count for start again;
7、Timer for the timing, the 武汉理工大学课程设计说明书4time interval diminishing for 1 second; When the timer diminishing the house of time, display, also issued CP synchronous flash alarm signals, etc. The whole circuit design of Proteus by simulation software and digital circuit related theory knowledge, got the
8、 expected results.1 设计任务及要求1.1 设计任务本设计主要能完成：在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过 24 秒，否则就犯规了。本课程设计的“篮球竞赛 24 秒计时器”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，它就自动报警从而判定此球员的犯规。1.2 基本要求 1 电路具有时间显示功能；2 要求电路为 24 秒递减计时，每隔 1 秒钟，计时器减 1；3 要有外部开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续计时功能；4 当计时器倒计时为零时，即定时时间倒，显示为零，同时发出声光报警信号。5 严格按照课程设计说明书要求撰写课
9、程设计说明书。2 电路框图及工作原理2.1 电路框图武汉理工大学课程设计说明书524 秒计时器的总体参考方案框图如图 2-1 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、定时时间到启动报警等功能。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但是设计对此信号要求并不太高，故电路可采用 555 集成电路组成的多谐振荡器构成。译码显示电路由 74LS48(译码器)和共阴极七段 LED 显示器组成。报
10、警电路在试验中可用发光二极管与蜂鸣器组成。外部操作开关图 2-1 24 秒计时器系统设计框图2.2 设计方案本设计中， 24 进制计数器是整个电路的核心部分，我们选择 74LS192 进行 24 进制同步减法计数。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，选择两个七段数码显示管进行显示。根据设计要求，本课程设计采用 555 计时器制成的多谐振荡器，对 24 进制计数器进行秒脉冲的输入。在本设计中，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，同时为了实现蜂鸣器的正常报警，我们同时选用 555 计时器对三极管
11、实现高频率脉冲输入。从而实现了各种功能的。3 单元电路的设计3.1 24 进制计数器的设计秒脉冲发生器 计数器 译码显示控制电路 报警电路武汉理工大学课程设计说明书6根据设计要求，本设计需要实现 24 进制递减功能，所以本设计采用十进制同步减法计数，因此使用 2 片 74LS192 集成芯片来实现计数功能。十进制可逆计数器74LS192 引脚排列及逻辑符号如图 3-1-1（a）、（ b）所示，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。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、Q
12、3 为数据输出端。其功能表如下图 3-1-2 所示：（a）引脚排列 (b) 逻辑符号图 3-1-1 74LS192 的引脚排列及逻辑符号输入 输出MR P3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q01 0 0 0 00 0 d c b a d c b a0 1 1 加计数0 1 1 减计数图 3-1-2 74LS192 的功能表在本次设计中，因为我们要实现 24 进制计数功能，所以我们首先应该对计数器进武汉理工大学课程设计说明书7行置数，由于（24） 10=（00100100） 8421BCD 所以要先对 741192 两芯片进行置数，令第一块集成块的置数端 Q3Q2Q1Q0=0010，令第二
13、块的为 Q3Q2Q1Q0=0100。把 第二块芯片的借位端 与第一块芯片的脉冲输入端相连，从而进行实现借位功能。电路接线如图 3-1-3图 3-1-3 倒计时电路3.2 数码显示电路的设计在本设计中，根据设计的要求，我使用 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译码器驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中，下面是 74LS48 芯片的一些参数与应用技术等资料。74LS48 的引脚图和功能表分别如图 3-2-1 和表 3-2-2 所示。图 3-2-1 武汉理工大学课程设计说明书8表 3-2-2 74LS48 的功能表输入 输出数字 LT RB
14、I D C B A BI/RBO a b c d e f g字形012345678911111111111XXXXXXXXX0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 111111111111 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10123456789消隐脉冲消隐灯测试X10X0XXXX
15、X0 0 0 0XXXX0010 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 18七短数码显示管的引脚图如图 3-2-3 所示，其中 3 脚和 8 脚相连为公共端，在电路中接地，6 脚为小数点引脚，设计中不需要对其处理。图 3-2-3 七短数码显示管的引脚图3.3 秒脉冲的设计根据设计要求，本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 555 定时器来设计此模块。从而产生标准的秒脉冲。1器件特性555 定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插 8 脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触
16、发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。武汉理工大学课程设计说明书92自激多谐振荡器图 3-3-1 所示为自激多谐振荡器电路和波形图。自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号。电路采用电阻、电容组成 RC 定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节RW 或电容 C，可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出。脉冲宽度计算公式：Tw1=0.7 (R1 +R2) C Tw2=0.7R2 C振荡周期计算公式：T=0.7 (R1 +2R2) C1s图 3-3-1分析方法与单稳态电路相似，但电容器 C 的充电电阻是 R1 +R2 ，放电电阻是 R2 。当 VC 是低电平时，555 定时器低触
17、发，VO 为高电平，放电管 T 截止，电容器经（R1 +R2 ）充电，当充电至 VC=VTH 32VCC 时，电路高触发，输出 VO 变为低电平，放电管 T 导通，电容器经 R2 放电，当放电至 VC=VTR 31VCC 时，电路又进入低触发，VO 变为高电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。电路连线如图 3-3-2。武汉理工大学课程设计说明书103.4 控制开关电路的设计在本次设计中，由于设计的要求，要实现计数器的暂停、复位和启动控制，所以需要设计三个开关来控制电路.暂停电路的设计 对于暂停连续开关，可以通过控制时钟脉冲的输入来达到暂停功能的控制，设计一个单刀双掷开关，一端接地，将
18、之连接到一个三输入与门。 ：与单刀双掷开关相连 ：与第二片 74LS192的 TCD 端相连 :与 555 脉冲器相连清零电路的设计清零电路只需将两块芯片的 MR 端连接起来并接上一个开关即可。置数电路的设计置数电路只需将两块芯片的 PL 端连接起来并接上一个开关即可。防抖动电路的设计实际使用时开关会有抖动现象，所以我用基本 RS 触发器来设计暂停开关相连，用来消除抖动。基本 RS 触发器如图 2.3.9 为由两个与非门交叉耦合构成的基本 RS 触发器，它是无时钟控制低电平直接触发的触发器。基本 RS 触发器具有置“0”、置“1”和保持三种功能。通常称 S为置“1”端，因为 S=0 时触发器被
19、置“1”； R为置“0”端，因为 R=0 时触发器被置 “0”。当 =R=1 时状态保持，当 S= =0 时为不武汉理工大学课程设计说明书11定状态，应当避免这种状态。图 3-4-2 二与非门组成的基本 RS 触发器（a）逻辑图 (b) 逻辑符号基本 RS 触发器的逻辑符号见图 3-4-2 (b)，二输入端的边框外侧都画有小圆圈，这是因为置 1 与置 0 都是低电平有效。输入 74192 的时钟脉冲由下图 2.3.10 所示电路输出接到 74LS192 的 CPD 脚。还有一端输入由借位信号输入。3.5 报警电路的设计根据实验设计要求，我设计了光报警与蜂鸣器报警两种方式，只有当计时器的输出端都
20、为 0 的时候，报警电路的输出才为 1，会驱动 LED 灯和蜂鸣器发生报警。电路图如下所示。武汉理工大学课程设计说明书123.6 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。SW1 闭合，74LS192 被置数，显示电路出现数字 24。完成置数后断开SW1，启动计时。若此时秒脉冲电路的 SW3 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 SW3，秒脉冲暂停，计数递减暂停，断开SW3 又恢复计数递减，这就实现了暂停/连续功能。在计数
21、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 5 个或门的高低电平的变化。由附录 1 可见，5 个或门的排列必须当 74LS192 的 8 个输出全为低电平时，换而言之，就是计数到零时，或门最后一个输出的才是低电平，从而触发发光二极管和蜂鸣器，产生亮光和警报声，达到了光电报警的。4 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。现在我们用 Proteus 进行仿真，仿真结果如下1. 计时预备阶段如图 4-1武汉
22、理工大学课程设计说明书132.计时阶段如图 4-23.电路报警如图 4-3武汉理工大学课程设计说明书145 数字电路的连接与调试由于电子电路设计要考虑很多因素，加之元器件性能的分散，以及许多人为因素的影响，一个组装好的电子电路不可能不经过调试即可满足要求。任何电子电路都必须经过认真细致的调试，才能获得满意的性能要求。在这个过程中用的最重要的仪器就是万用表和电源。1调试方法电子电路调试方法有两种：分块调试和整体调试（1）分块调试法分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，对每个模块分别进行调试。模块调试的顺序最好按信号的流向，一块一块进行，逐步扩大调试范围，最后完成总调。实施分块调试有两种方法一种
23、边安装边调试；另一种是总体电路一次组装完毕后再分块调试。分块调试的优点：问题出现范围小，可及时发现，易于解决。（2）整体调试此种方法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。2调试步骤（1）检查电路对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或与地短接，然后检查各芯片是否安装牢固，最后对照电路图认真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出现多接线的现象。（2）接通电源观察在检查电路无误后，接通电源，如果出现异常现象立即关闭电源，观察各个单元电路是否能够正常工作，找出出错的单元电路，如果有错，则用万用表对各个电路逐个检查，直至查出错误，并加以改正。（3）对各个功能电路的检测闭合工作开关，
24、观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。调试结束后观察调试后的结果是否符合设计要求。3调试结果接通电源后，第一次的调试的结果是，置数不是 24 并且不能计数。我们根据可以正常工作的部分来进行分析，一步一步的检查，分析哪部分的设计是没有问题的，然后根据出问题的部分再进行分析，然后继续调试，最终得到了正确的电路。最后调试到各部分电路。4调试中故障及解决办法由于电路中的芯片、插线、面包板的质量、接触等都存在一定的问题，故调试中出现问题是不可避免的。在调试的过程中，发现低位数码管不能置数，并且不能计数，置数为 36，逐个单元电路检查线路后发现弄反了高低输入端，改正后发现并不能计数，经过线路检查并没
25、有发现线路有问题，查找资料后发现电路中所用的 74LS12 三输入与非门是一个 OC 门，必须要接一个上拉电阻，接上一个适当的电路后电路能够正常工作，并且能实现电路所要求的所有功能。经过检测电路出现了一点故障，但是经过耐心检查，电路能实现所要求所有功能，武汉理工大学课程设计说明书15实验比较成功。 结 论通过电路板块的思想，逐步实现设计所需达到的功能要求；时钟模块为减计数器提供一个频率为 1HZ 的脉冲信号，从而实现计数器计数间隔为 1 秒钟；计数、译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能；报警模块是为了实现当减计数到零时发出光电报警信号和蜂鸣报警；控制模块主要是为了实现计时器的启动、置数、
26、暂停/连续功能，其中启动、置数由 SW1。SW2 开关来完成，通过 SW3 开关从而实现断定计时功能。至此，本设计完成所有任务及要求。结束语这是我大学期间的第一次课程设计，此次设计让我获益匪浅。在设计过程中，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析研究此次设计的任务和要求，然后分析选出方案做出设计，再进一步完善设计。在其中遇到一些不解和疑惑的问题时首先自己分析，不懂的问题小组一起讨论，四处请教，再认真向老师询问，和老师一起探讨解决，最终完成了此次设计。此设计制作的篮球竞赛 24 秒计时器是一个实用性设计。设计的成功不仅为所学的专业课程打下了坚实的基础，提高了我们对分析与解决问题的能力，对电子
27、设计有了更深的兴趣。在这个设计中，我学到了学习理论时学不到的东西，将课本理论知识与实际应用联系起来，不但锻炼我的动手能力而且巩固我们所学的理论知识，这样实践与理论相结合就可以更快而有效地掌握知识，使我尝到了将所学的知识用于实践的喜悦和成就感。同时非常的感谢在设计与制作的过程中热心指导与帮助我的老师和同学们。武汉理工大学课程设计说明书16参考文献1.伍时和主编数字电子技术基础 清华大学出版社 20092.阎石主编电子技术基础（数字部分） 高等教育出版社 20063.邓勇英主编数字电路设计完全手册国防工业出版社，20014.谢自美主编电子线路设计.实验.测试 华中科技大学出版社 20015.朱余钊
28、主编电子材料与元件 西安电子科技大学出版社 20026.杨志忠主编 数字电子技术 高等教育出版社 20007.朱清慧、张凤蕊主编Proteus 教程 清华大学出版社 2008武汉理工大学课程设计说明书17附录 1 篮球竞赛 24 秒计时器总电路原理图武汉理工大学课程设计说明书18附录 2 元器件清单器件名称 数量和型号同步十进制递减集成块 74LS192 芯片 2 块译码驱动器 74LS48 芯片 2 块译码显示管 共阴极七段 Led 显示管 2 块2 进一出与非门集成芯块 74soo 集成芯片 2 块2 进一出与门集成芯片 74ls08 集成芯片 2 块3 进一出与门集成芯片 74ls15 集成芯片 1 块2 进一出或非门集成芯片 74ls02 集成芯片 3 块4 进一出或非门集成芯片 1 块蜂鸣器 1 个秒脉冲触发器 2 个电阻 1k,20k,68k,20k,60k,各一个电容 0.01uf2 个，0.5uf,10uf 各一个发光二极管 1 个开关 单刀单掷 2 个，单刀双掷 18 / 202 个PNP 三极管 1 个5V 电源 1 个武汉理工大学课程设计说明书19
