1、前言在籃球比賽中，規定了球員的持球時間不能超過30秒，否則就犯規了。本課程設計的“籃球競賽30秒計時器”，可用于籃球比賽中，一旦球員的持球時間超過了30秒，它自動的報警從而判定此球員的犯規。 本設計主要能完成：顯示30秒倒計時功能；系統設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續功能；在直接清零時，數碼管顯示器滅燈；計時器為30秒遞減計時其計時間隔為1秒；計時器遞減計時到零時，數碼顯示器不滅燈，同時發出光電報警信號等。 方案中應用雙時鐘加、減同步可逆計數器74LS192來實現倒計時功能,在功能選擇過程中選擇減計數功能,芯片管腳選擇中讓DOWN處于工作狀態。在顯示零秒亮燈報警電路中，

2、應用組合電路及二極管發光條件來實現該功能。顯示電路用CD451和共陰數碼管來實現，通過控制CD4511的滅燈輸入信號（BL）來實現滅燈的功能。設計要求籃球三十秒計時器基本要求；1)具有顯示三十秒計時功能；2)設置外部操作開關,控制計數器的直接清零,啟動和暫停/連續功能；3)在直接清零時,要求數碼顯示器滅燈；4)計時器為三十秒遞減時,計時間隔為一秒；5)計時器遞減計時到零時,數碼顯示不能滅燈,同時發出光電報警信號。主要參考元器件：NE55574LS16174LS1921 系統原理框圖計數器譯碼顯示秒脈沖發生器控制電路報警電路啊啊外部操作開關圖一 系統原理框圖1、1秒脈沖發生器： 秒脈沖信號發生器

3、需要產生一定精度和幅度的矩形波信號。實現這樣矩形波的方法很多，可以由非門和石英振蕩器構成，可由單穩態電路構成，可以由施密特觸發器構成，也可以由555定時器構成等。不同的電路對矩形波頻率的精度要求不同，由此可以選用不同電路結構的脈沖信號發生器。本實驗中由于脈沖信號作為計數器的計時脈沖，其精度直接影響計數器的精度，因此要求脈沖信號有比較高的精度。一般情況下，要做出一個精度比較高的 頻率很低的振蕩器有一定的難度 工程上解決這一問題的辦法就是先做一個頻率比較高的矩形波震蕩器，然后將其輸出信號通過計數器進行多級分項，就可以得到頻率比較低 精度比較高的脈沖信號發生器，其精度取決于振蕩器的精度和分級項數。2

4、30秒減法計數器： 30秒減法計數器采用74LS192設計，74LS192是十進制同步加法|減法計數器，采用8421BCD碼編碼，具有直接清零 異步置數功能。表一74LS192的邏輯控制功能表 CPU CPD LD' CR 操作 × × 0 0 置數 1 1 0 加計數 1 1 0 減計數 × × × 1 清零3.控制電路： 按照系統的要求，電路應該完成相應的功能。2方案設計2.1時間脈沖產生電路方案一：由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。圖二 555與RC組成的多諧振蕩器圖方案二:由14位二進制串行計數器/

5、分頻器和振蕩器CD4060、BCD同步加法計數器CD4518構成的秒信號發生器。電路中利用CD4060組成兩部分電路。一部分是14級分頻器，其最高分頻數為16384；另一部分是由外接電子表用石英晶體、電阻及電容構成振蕩頻率為32768Hz的振蕩器。震蕩器輸出經14級分頻后在輸出端Q14上得到1/2秒脈沖并送入由1/2 CD4518構成的二分頻器，分頻后在輸出斷Q1上得到秒基準脈沖。方案選擇:本課程設計中對秒脈沖信號的精度要求并不是很高，并且方案二中用CD4060和分頻器構成的基準秒脈沖發生電路較于前者要復雜的多，而且CD4060和CD4518我們平常很少用，對其功能和引腳信息了解不多，所以，我

6、們選用了方案一，用555定時器構成電路中的脈沖信號發生器。2.2 系統組成本課程設計主要包括秒脈沖發生電路、計數電路、數碼顯示電路和報警電路，控制電路是由各外部操作開關組成，而秒脈沖發生器是由555定時器構成，計數電路則由計數器組成。其設計原理構圖如下圖三 秒脈沖發生器圖四 報警電路圖五 計時電路圖六 控制開關2.3 工作原理本設計有脈沖發生器、計數器、譯碼顯示電路、報警電路等五個模塊組成。其中計數器和控制電路是系統的主要模塊?？刂齐娐吠瓿捎嫈灯鞯闹苯忧辶?、啟動計數、暫停/連續計數、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。當啟動開關閉合時，555振蕩器將產生的信號送至計數器的DOWN信

7、號輸入端，減計數器開始工作，完成30秒計時功能。30秒計時器的總體參考方案框圖如圖2.1所示。它包括控制電路、秒脈器產生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標準，但本設計對此信號要求并不太高，故電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構成。 譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在設計中可用發光二極管代替。 計數器和控制電路是系統的主要部分。計數器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數器的啟動計數、暫停連續計數、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號之間的時序關系。在操作直接清零開關時，要求計數器清零

8、，數碼顯示器滅燈。 當啟動開關閉合時，控制電路應封鎖時鐘信號CP，同時計數器完成置數功能，譯碼顯示電路顯示“30”字樣；當啟動開關斷開時，計數器開始計數；為了簡單起見，我們將暫停與連續的控制開關放在555電路模塊中，通過控制脈沖信號的傳送來達到相應的目的。最后滅燈電路是通過74LS192的清零端和74LS48的滅燈輸入信號來實現的。當計數器CLR端輸入高電平時清零，而此時在CLR端接一個非門，再將非門的輸出接至74LS48的BI端，就能保證74LS48的滅燈輸入信號BI=0，使數碼管滅燈。從而就完成了滅燈電路的實現。進而實現整個課程設計的要求3單元電路設計3.1時間脈沖產生電路的設計圖七產生1

9、Hz時間脈沖的電路圖由于R1=15K,R6=68K,C1=10Uf,C2=10nF，因為T=(R1+2R2)CIn2，算得T=1.05 s，時間已經比較接近1s了。3.2控制電路控制電路包括暫停/連續控制電路和置數/啟動控制電路來實現整個裝置的暫停計數和繼續計數，重新置數和啟動計數的功能。當B開關置于置數位置時，不管C置于哪端都不開始計數；當B開關置于啟動端時，開關C至于連續端時開始計時，開關C置于昝婷端時記數暫停。(1) 暫停/連續控制電路電路中通過外部操作開關控制脈沖信號的連續與暫停來實現整個電路的連續與暫停功能。通過開關控制高低電平的接入，進而控制秒脈沖是否接入計數器，從而達到暫停和連續

10、的功能。原理圖如下所示。 圖八 暫停/連續控制電路2) 置數/啟動控制電路利用單刀雙擲開關一端接地一端接電源，控制給計數電路的復位清零引腳接入高低電平圖九 置數/啟動控制電路3.3計數電路在數字系統中使用的最多的時序電路要算是計數器了。計數器不僅能用于對時鐘脈沖計數，還可以用于分頻、定時、產生節拍脈沖和脈沖序列以及進行數字運算等。計數器的種類非常多。如果按計數器中的觸發器是否同時翻轉分類，可以將計數器分為同步式和異步式兩種。在同步計數器中，當時鐘脈沖輸入時觸發器的翻轉是同時發生的。而在異步計數器中，觸發器的翻轉由先有后，不是同時發生的。在設計中我們選擇的是同步加/減計數器74LS192。它是雙

11、時鐘同步可逆計數器，是8421BCD碼計數，其詳細引腳圖及功能表如下：圖十 74LS192引腳圖表二 74LS192功能表 輸入 輸出 CR LD CPU CPDD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 X X X X X X X O 0 0 0 0 0 X X d c b a d c b a 0 1 1 1 X X X X 保持 0 1 1 X X X X 加計數 0 1 1 X X X X 減計數表中CR是清零端，LD是置數端，CPU是加計數時鐘輸入端，CPD是減計數時鐘輸入端，D3D2D1D0DO都是計數器預置數輸入端，Q3Q2Q1Q0都是數據輸出端，另外，C0是非同步進位輸出

12、端，BO是非同步借位端輸出端。30秒籃球計時器，只需要進行單一的遞減計算，所以在設計中我選擇的是同步加/減計數器74LS192。它是雙時鐘同步可逆計數器，是8421BCD碼計數。設計中通過兩片74LS192的級聯來實現一個30進制的計數器。當低位片從0跳到9時，高位片進位加一，直到實現三十秒的計數功能。再者，因為要求中提到要求電路要實現倒數計時，所以74LS192的加計數器信號輸入當應該加上無用性號（高電平）。計數電路的核心是置數部分。本設計中的30秒只需將兩計數器的輸入端分別置為0011和0000即可。采用同步置數的方式來實現30置數。因為74LS192是十進制的計數器，所以當倒計時為0時，

13、計數器會跳到99，因此我們采用99置數來解決這個問題，最后讓顯示器停在30秒處。計數電路如下：圖十一計數電路2.4譯碼驅動及顯示單元電路BCD碼七段譯碼驅動器型號有74LS47（共陽）74LS48（共陰）、CD4511（共陰）等，本設計采用的是74LS48。其中A-D為BCD碼輸入端;a-g為譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅動LED共陰數碼管；LT為測試輸入端，LT=0時，譯碼輸出全為“1”；BI為消隱輸入端，BI=0，譯碼輸出端全為“0”；LE為鎖定端，LE=1時譯碼器處于鎖定狀態，譯碼輸出端保持在LE=0時的數值，LE=0為正常譯碼。74LS48內有上拉電阻，故只需要在輸出端與數碼管管腳

14、端之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當輸入碼超過1001時，輸出全為“0”，數碼管熄滅。譯碼電路的功能是將計數器的輸出代碼進行翻譯，變成相應的數字。用于驅動LED七段數碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅動器，其輸出是OC門輸出且低電平有效，專用于驅動LED七段共陽極顯示數碼管。如圖9所示。若將計數器的每位輸出分別接到相應七段譯碼器的輸入端，便可進行不同數字的顯示。圖十二 74LS48引腳圖表三 74LS48功能表圖十三 譯碼顯示電路2.5 報警電路設計中要求電路在計數為0時實現光電報警的功能。設計方案中我們用或門和發光二極管實現了這一功能。并且

15、有蜂鳴器發聲。它由一個NPN型三極管作為驅動電路，三極管通過4.7千歐電阻也接74192的借位輸出端BI。圖十四 報警電路圖2.6電路總圖圖十五 總電路圖3調試及測試結果分析3.1 調試在這次的課程設計中，通過查找資料、比較各種方案、討論，最終確立了比較簡單又比較完善的方案，并用仿真軟件仿真出了結果。經過幾天的努力，將基本電路連接完成。但由于沒有經驗，加上連接電路的時候沒有對單元電路進行檢驗，導致問題太多，數碼管根本沒有顯示。而且有的芯片上VCC和GND兩條總線間連電壓都沒有，由于電線太多，而且出現的問題經調試后也無法減少，所以決定重新連接。這一次，采取“各個擊破”的方式進行電路板的連接。不過

16、在單元電路的完成過程中也出現了一些問題，在顯示電路的部分中，我們選用的是七段共陰數碼管，它的公共端3腳和8腳本應都接低電平的，而我們在焊接時卻不小心將8腳接到了VCC總線上，導致數碼管不能正常顯示，這讓我們明白在焊接過程中要絕對細心，頭腦要清楚，在焊接時要數清芯片的管腳，并正確接到別的芯片上對應的管腳上。還有在計數電路中，計數時丟失了有4和7的數，經過分析了解到，我們肯定有虛焊點的存在，通過用萬用表檢測問題計數器各輸出端的電平，發現果然是虛焊問題導致的結果，低位計數器的Qc端一直沒有電壓，經過再次焊接后，計數終于恢復了正常?；倦娐吠瓿珊螅覀冮_始滅等電路的焊接和各個暫停開關的焊接。這兩部分相

17、對比較簡單。但這里偏偏也有麻煩。剛開始，我們將暫停開關放在計數器信號輸入與555信號輸出之間，但接上電源后，數碼顯示異常，而將計數信號輸入與信號發生器相連，電路又運行正常。這個現象讓我們把問題鎖定在開關上，后來通過詢問其他同學，了解到555產生的脈沖信號不穩定，而我們選用的開關是一個撥動開關，當撥動時會有較大的振動，會影響信號的傳送。所以后來我們就換了開關的位置，放到電阻R1那，避免和555信號輸出端連接。改良后，電路可以正常工作。最后做整體電路的檢測，各個模塊的工作都很正常，外部操作開關也都可以實現要求中的啟動、暫停、清零、連續功能。基本完成了此次課程設計的任務。3.2 結果分析(1)控制電

18、路檢查在電路全部焊接完后，改變各開關的閉、合狀態，電路的啟動、連續、暫停清零等功能均得以實現，電路控制部分沒有問題。(2)顯示電路檢查當將顯示電路中的兩個數碼管接好后，接入直流電源，發現數碼管不亮，說明顯示電路連接不正確。解決方法：1）接入電源，用萬用表檢查電路是否焊接好且沒有虛焊，并把有問題的部分重新焊接好；2）進一步檢查電源與地的接入是否接反；3）若上述兩種情況都未出現則對照各芯片的管腳圖，檢查在焊接過程中各管腳的連接是否接錯；(3)計時電路檢查將本課設中所選計數器74LS192與顯示電路相連，接入直流電源，用信號發生器給計數器一個1s的脈沖信號，觀察計數器的計數功能，發現數碼顯示是在從3

19、0遞減至0的過程中未出現有4和7的數，上述情況表明計數電路接觸良好，但置數出現問題。解決方法：1）檢查兩片74LS192的數據輸出端所連的置數電路，看是否有連線錯誤； 2）選擇被用作低位顯示的那片74LS192作為檢測對象，在數碼顯示的整個過程中用萬用表測量Qc對應的6管腳的電壓?？词欠裼袝r會有高電平。(4)555脈沖發生電路檢查我們將555的輸出端3接到示波器上觀察到的波形為一脈沖波，其頻率近似為一秒?；痉险n程設計中所需秒信號的要求。(5)報警電路檢查 將秒信號接入計數電路，按下啟動電路，觀察計數為0時發光二極管的像工作情況，發現當數碼顯示為00時，發光二極管發光，說明報警電路光電報警功能已經實現。4結論及體會此次電子課程設計是理論與實踐相結合的最好形式。在課題的完成過程中要求制作者要有堅實的理論基礎和很強的動手能力。在設計過程中，通過自主查找數據和其他資料，接觸到了很多新鮮的東西。經過這次課程設計，才明白自己要做一個電子產品是多么的不容易。里面的過程要求我們要非常細心。要想設計并制作一個完美實用的數字