电子课程设计
——篮球竞赛24s计时器
学院：电子信息工程学院 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 2014年12月
目 录
一、设计任务与要求----------------------------3
二、总体框图----------------------------------3
三、选择器件----------------------------------4
四、功能模块---------------------------------10
五、总体设计电路图---------------------------14
六、硬件调试---------------------------------17
七、心得与总结-------------------------------17
篮球竞赛24s计时器
一 、设计任务与要求
1、设计一个具有显示24S计时功能的篮球竞赛计时器。
2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能。 3、计时器为24S递减计时器，其时间间隔为0.01秒。 4、计时器减计时到零时，发出报警信号。
二 、基本原理与电路框图
1. 电路框图
篮球竞赛24秒计时器的电路框图如图2-1所示。
十位显示 个位显示 报警电路 计数器 计数器 秒脉冲触发器 控制电路 图2-1 电路框图
2. 基本原理
(1) 24秒计时器的总体参考方案框图如图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（简称控制电路） 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、定时时间到报警等功能。
(2) 秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对 此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。
(3) 译码显示器是DCD_HEX七段发光二极管。报警电路在实验中可用发 光二极管和蜂鸣器组成。
三 、选择器件 1.原件清单
该设计所用的器件如表3-1所示。
表3-1 元器件清单
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 用途 十进制计数器 多谐振荡器 二输入或门 二输入与门 八输入或门 六输入或非门 数码管 灯泡 蜂鸣器 电阻、电容 型号 74LS192 CM555 74LS32 74LS08 数量 2片 1片 1片 1片 1片 1个 2个 1个 1个 若干
2. 元件介绍
（1）74LS192
74LS192为可置数的同步十进制双时钟加减计数器，如图3-1所示它具有上升沿有效的加计数时钟端UP和减计数时钟端DOWN；该计数器具有异步清零端，当清零信号CLR为高电平时，实现清零功能；该计数器还有异步置数功能，当置数信号LOAD为低电平时，实现预置数；当计数器加计数，且计数值为9时，进位端CO输出宽度等于加计数脉冲UP的低电平脉冲；当计数器减计数，
且计数值为0时，借位端BO输出宽度等于减计数脉冲DONW的低电平脉冲。执行加数功能时，减计数端DOWN接高低电平，计数脉冲由UP端输入；执行减数功能时，加数端UP接高电平，计数脉冲由减数端DOWN输入。74LS192的管脚图如图3-1所示。74LS192的功能表如表3-2所示。
U1151109ABCDQAQBQCQD326711~LOAD14CLR5UP4DOWN~BO13~CO1274LS192D
图3-1 74LS192的管脚图
表3-2 74LS192功能表
输 入 输 出 QC 0 b QB 0 c QA 0 d CR LD’ UP DOWN D C B A QD 1 0 0 0 * 0 1 1 * * ↑ 1 * * 1 ↑ * a * * * b * * * c * * * d * * 0 a 加计数功能 减计数功能
（2）555定时器
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555。555定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现本设计所需的单稳态触发器。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。
①其逻辑框图
555定时器的逻辑框图如图3-2所示。
图3-2 555逻辑框图
② 内部原理结构 1234555定时器的内部原理结构如图3-3所示。 DVCC 8RD4 VC55KV1+ TH6-A1R&Q13Q5KTLC 2V25K+-A2&SQDT71VSS图3-3 555内部原理结构 ③功能表 B21在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为VCC,VCC33的情况下，555时基电路的功能表如表3-3所示。 A 表3-3 555时基电路的功能表
清零端RD 0 1 1 1 ?高触发端TH ? 2VCC 32?VCC 32?VCC 3低触发端TL ? 1?VCC 31?VCC 31?VCC 3Qn+1 0 0 1 Qn 放电管T 导通 导通 截止 不变 功能 直接清零 置0 置1 保持 （3）数码管
数码管按照其发光二极管的连接方式不同，可分为共阳极和共阴极两种。共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平，而阳极分别由 a、b、c、d、e、f输入信号驱动，当某个输入为高电平时，相应的发光二极管点亮；共阳极数码管则相反，它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平，而阴极分别由 a、b、c、d、e、f输入信号驱动，当某个输入为低电平时，相应的发光二极管点亮。
由于计数器输出的是8421BCD码，数码管不能直接显示成数字，为了让数码管显示人们看懂的数字，就需要把计数器输出的8421BCD码转换成数码管显示的阿拉伯数字，这就需要译码器的翻译。
本设计采用DCD_HEX七段发光二极管译码显示器。DCD_HEX为共阴极LED数码管。显示器引脚从左到右依次为：4,3,2,1。该显示包含了译码功能，所以无需专门的译码器。 数码管的符号如图3-4所示。
图3-4 数码管的逻辑符号
（4）与门
与门是实现“与”运算的门电路。与门的逻辑符号如图3-5所示，与门的功能表如表 3-4所示。
图3-5 与门的逻辑符号
表3-4 与门的功能表
输 A 0 0 1 1 入 B 0 1 0 1 输 出 Y 0 0 0 1
(5) 或门
或门是实现逻辑“或”运算的逻辑电路。或门的电路图如图3-6所示，或门的功能表如表3-5所示。
图3-6 或门的符号
表3-5 或门的功能表
输 入 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 输 出 Y 0 1 1 1
（6）或非门
或非门实现或非逻辑。其符号如图3-7所示。
U1NOR6
图3-7 或非门的符号
其功能表（真值表）如表3-6所示。
表3-6 或非门真值表
A 0 输 入 B 0 1 0 1 输 出 Y 1 0 0 0
四 、功能模块
1. 秒脉冲发生器
0 1 1 用555集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器。原理与功能见 上页，公式如下：Tw1=0.7 (R2 +R1) C1 Tw2=0.7R1 C1。 振荡周期计算公式：T=0.7 (R2+2R1) C1≈0.01s。秒脉冲发生器的电路图如图4-1所示。
图4-1 秒脉冲发生器
2. 24S倒计时电路
根据设计要求实现二十四进制递减，所以该电路需要使用两个十进制同 步
减法计数，因此使用2个74LS192芯片级联来实现技术功能；又因为该计数器是24进制循环，所以还使用了8输入或门。
74LS192级联是把两个置数段相连，因为要求是递减的24进制，所以把up端接在电源处，把第一个芯片的减计数脉冲DOWN与第二个芯片的借位端BO相连；另一要求是24进制循环，因此还需要使用8输入或门来实现，当两个芯片计数到“00”时，8输入或门输出“0”送给置数端，使芯片又显示成“24”,24秒倒计时电路的电路图如图4-2所示。
图4-2 24s倒计时电路
3. 控制开关的设计
在本次设计中，由于设计的要求，要实现计数器的暂停、置数和回秒控制，
所以需要设计三个开关来控制电路。 （1）置数开关、清零开关
该设计要求24进制递减且循环具有置数、清零的作用，因此需要加入与门和或门。将8输入或门的输出端连接在与门的一端，与门的另一端接在置数开关之前；将或门的一端接在与门的输出端，或门另一端接在清零开关之后，其输出端接在两个芯片的置数端LOAD相连处。电路如图4-3所示。
U3U4DCD_HEXX1DCD_HEX2.5 V 43214321U9U8NOR6200 Hz 11~LOAD~BO1314CLR~CO125UP4DOWNU174LS192DU7AND2U6OR211~LOAD~BO1314CLR~CO125UP4DOWNQAQBQCQDU5OR83267QAQBQCQD3267U274LS192DABCD151109151109ABCDV1100 Hz 5 V J2R1J110kOhm_5%Key = 2Key = 1VCC5V
图4-3 置数、清零开关电路图
（3）控制开关
因为555产生秒脉冲全靠给C2充放电产生，所以只需中断C2的充放电即
可，所以在C2的另一端用一个开关控制接地，这就形成了暂停/连续开关，暂停开关的电路图如图4-4所示。
图4-4 暂停开关电路图
4. 报警电路
当数码管显示00的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。报警电路如图4-5所示。
图4-5 报警电路图
五、总体设计电路图
根据设计要求用555集成电路构成的多谐振荡器组成的秒脉冲发生器。实现二十四进制递减，所以该电路需要使用两个十进制同 步减法计数，因此使用2个74LS192芯片级联来实现技术功能；又因为该计数器是24进制循环，所以还
使用了8输入或门。要实现计数器的暂停、置数和回秒控制，所以需要设计三个开关来控制电路。当数码管显示00的时候，即倒计时结束，灯泡和蜂鸣器会发出报警。篮球竞赛24秒计时器是的总体电路如图5-1所示。
U3U4DCD_HEXDCD_HEXX12.5 V U843214321U9NOR6200 Hz 11~LOAD~BO1314CLR~CO125UP4DOWNU174LS192DU7AND2U6OR211~LOAD~BO1314CLR~CO125UP4DOWNQAQBQCQDU5OR83267QAQBQCQD3267U274LS192DABCD151109151109ABCDVCC5VR210kOhm_5%4J2R1J110kOhm_5%Key = 2R32.2kOhm_5%Key = 1J3Key = 376258VCCRSTDISTHRTRICONGNDC21.0uF1U10OUT3LM555CMVCC5VC11.0uF图5-1 篮球竞赛24秒计时器总体电路
1. 计时预备阶段
该设计是篮球球竞赛24秒计时器，所以要求是24进制递减计数，开始仿真时，置数、清零、暂停3个开关全都处于断开状态，数码管显示的是24。电路如图5-2所示。
图5-2 计时具备阶段电路
2. 计时阶段
电路开始计时的电路图如图5-3所示。
图5-3 电路计时阶段的电路