1、 電子技術綜合課程設 計 課 程： 電子技術綜合課程設計 題 目： 籃球比賽24秒計時電路 所屬院(系) 物理與電信工程學院 專業班級 姓 名 學 號 指導老師 完成地點 2015年 10 月 10日任務書籃球比賽24秒計時電路設計一 任務及要求設計并制作一個籃球比賽24秒計時電路電路。要求如下：1 電路具有24秒倒計時功能。2 有兩個數碼管顯示計時時間，按預置（開始）按鈕，數碼管顯示定時時間；再按開始按鈕，倒計時開始，計數到0時計數停止。3 倒計時結束時，計數器停止計數，LED燈亮表示進攻時間結束。4 電路具有預置數功能，可以在24秒之內從任意時刻開始計數。5 電路具有報警功能，在24秒進攻

2、時間結束時報警。用壓控陶瓷蜂鳴器作為電聲元件。6 自制本電路所用得直流電源和一秒信號源。二 參考資料數字電子技術實驗任務書實驗四及實驗六電子技術基礎課程設計資料 目錄前 言21整體電路設計31.1設計思路 31.2基本原理 41.3電路設計框圖42方案論證52.1方案一52.2方案二62.3方案確定63模塊電路設計73.1信號源的設計73.2電源電路設計93.3計時電路設計93.4顯示電路設計103.5停止控制電路113.6報警提示電路124仿真調試及實驗裝調134.1軟件簡介 134.2軟件仿真134.3 電路調試134.4 結果分析14小 結15參考文獻：15

3、附錄一：電路仿真圖16附錄二：元器件清單.17附錄三：器件管腳與功能說明.17附錄四：實物圖.19 前 言在籃球比賽中，規定了球員的持球時間不能超過二十四秒，否則就犯規了。本課程設計的“籃球競賽二十四秒計時器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間二十四秒限制。一旦球員的持球時間超過了二十四秒，它自動的報警從而判定此球員的犯規籃球的24秒計時器只是計時器的一種。在生活中，我們經常會看見各種計時器，例如，在十字路口的紅綠燈上我們會看到一個34秒計時器；我們經常看到的電子表也是計數器的一種；在體育課上老師用的秒表也是一種計時器。計時器給我們的生活帶來了很大的方便，可以說我們的生活離不開計數器。本課

4、程設計是脈沖數字電路的簡單應用，設計了籃球競賽24秒計時器。此計時器功能齊全，可以直接置數、啟動、暫停和連續以及具有光電報警功能，同時應用了七段數碼管來顯示時間。此計時器有了啟動、暫停和連續功能，可以方便地實現斷點計時功能，當計時器遞減到零時，會發出光電報警信號。本設計完成的中途計時功能，實現了在許多的特定場合進行時間追蹤的功能，在社會生活中也具有廣泛的實用價值。通過本次課程設計，可以了解計時器的組成和原理以及許多應用，為設計更復雜的計時器打好基礎。同時通過本次課程設計也能提高學生的設計電路，排查故障，思考問題等多種能力。1整體電路設計1.1設計思路   本課程設計是脈沖數

5、字電路的簡單應用，設計了籃球競賽24秒計時器。此計時器功能齊全，可以直接清零、啟動、暫停和連續以及具有光電報警功能，同時應用了七段數碼管來顯示時間。此計時器有了啟動、暫停和連續功能，可以方便地實現斷點計時功能，當計時器遞減到零時，會發出光電報警信號。本設計完成的中途計時功能，實現了在許多的特定場合進行時間追蹤的功能，在社會生活中也具有廣泛的實用價值。   籃球競賽記時系統的主要功能包括：進攻方24秒倒計時和計時結束警報提示。攻方24秒倒計時，當比賽準備開始時，屏幕上顯示24秒字樣，當比賽開始后，倒計時從24逐秒倒數到00。這一模塊主要是利用雙向計數器74LS192

6、來實現；警報提示：當計數器計時到零時，給出提示音。這部分電路主要通過移位寄存器和一些門電路來實現。   此計時器的設計采用模塊化結構，主要由以下3個組成，即計時模塊、控制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設計此計時器時，采用模塊化的設計思想，使設計起來更加簡單、方便、快捷。此電路是一時鐘產生，觸發，倒計時計數，譯碼顯示、報警為主要功能，在此結構的基礎上，構造主體電路和輔助電路兩個部分。1.2基本原理  24秒計時器的總體參考方案框圖如圖1所示。它包括秒脈沖發生器、計數器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路（簡稱控制電路）等五個模塊組成。其中計數器和控制電路是系統的主

7、要模塊。計數器完成24秒計時功能，而控制電路完成計數器的直接清零、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。   秒脈沖發生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。報警電路在實驗中可用發光二極管和鳴蜂器代替。            

8、     主體電路： 24秒倒計時。24秒計數芯片的置數端清零端共用一個開關，比賽開始后，24秒的置數端無效，24秒的倒數計時器的倒數計時器開始進行倒計時，逐秒倒計到零。選取“00”這個狀態，通過組合邏輯電路給出截斷信號，讓該信號與時鐘脈沖在與門中將時鐘截斷，使計時器在計數到零時停住。1.3電路設計框圖  倒計時功能主要是利用192計數芯片來實現，同時利用反饋和置數實現進制的轉換，以適合分和秒的不同需要。由于該系統特殊的需要，到計時器到零時，通過停止控制電路使計數器停止計數并發出蜂鳴警報。 整體電路設計如圖1.3-1所示：秒脈沖電路報

9、警電路 控制電路 譯碼顯示電路計數電路 圖1.3-1電路整體設計圖2方案論證 2.1方案一 該電路需要一個秒脈沖發生器，可用555芯片和電阻、電容構成一個多諧 振蕩器，通過調節電阻電容的值可產生1Hz的時鐘脈沖。 用兩片74LS192芯片構成一個24秒計時器，其中一片的4個輸入端中，D0、D2和D3端接低電平，D1端接高電平，輸出端接七段數碼管作為高位顯示，芯片2的4個輸入端中，D0、D1和D3接低電平，D2接高電平，遞增計數脈沖輸入端接高電平，輸出端接七段數碼管作為低位顯示。因為74LS192本身具有清零端和置數端，則可各用一個開關來實現清零和啟動功能。 要使計時器計時到零時保持不變，可在輸

10、出端反饋一個信號到輸入端來實現保持功能。選取“00”這個狀態，通過3個或非門、一個3輸入與非門，從而得到一個低電平信號，該信號與脈沖信號通過一個2輸入與非門而接到74LS192的遞減計數脈沖信號輸入端，可使計時器在計數到零時停住。當在74LS192的DN端輸入脈沖信號后可進行減計數，則通過一個開關控制是否截斷脈沖信號就可以實現暫停/連續功能。 報警電路在實驗中可用發光二極管和鳴蜂器代替。在計數過程中，發光二極管兩端都是高電平，所以二極管截止，不發光；當計數器減到“00”是，二極管左邊是低電平，右邊是高電平，所以二極管導通，從而發光。2.2方案二 設計思路：24秒計時器，按設計要求，最大計數值為

11、24秒，那么就需要兩個數碼管。要求計數間隔為1秒，那么我們需要相應頻率的脈沖信號發生器，脈沖是由555定時器構成的多諧振蕩器產生的1HZ的脈沖；計數部分是用74LS192及邏輯電路構成24秒的計時功能；利用JK觸發器和邏輯電路構成控制電路；譯碼顯示部分用74LS47譯碼器來進行譯碼，然后通過七段數碼顯示管來控制顯示部分；報警電路部分由74LS160及邏輯電路構成；電源部分將220V、50HZ的交流電壓轉換成5V的直流電壓即可。2.3方案確定方案一與方案二的實驗原理基本相同，都采用了555集成電路組成的多諧振蕩器來產生周期為1s的脈沖，用兩片74LS192芯片作為主體部分來實現24秒倒計時計算，

12、置數和啟動的方法相同。不同的是反饋電路部分和暫停/連續功能部分。方案一中的反饋電路部分的反饋信號采自兩個74LS192芯片的輸出端，采用了3個或非門、一個3輸入與非門，從而得到一個低電平信號，該信號與脈沖信號通過一個2輸入與非門而接到74LS192的遞減計數脈沖信號輸入端，可使計時器在計數到零時停住。而方案二是利用74LS192芯片的借位輸出端輸出低電平信號，讓該信號與時鐘脈沖在與非門中將時鐘截斷，從而使減計數停止。暫停/連續功能，方案一是通過一個單刀雙擲開關控制在遞減計數脈沖信號輸入高電平信號或端輸入脈沖信號，從而實現計數器的暫停/連續功能；方案二是利用JK觸發器和邏輯電路構成控制脈沖信號相

13、當于被截斷，實現暫停功能，當脈沖信號和高電平相與非，脈沖信號沒有被截止，進行減計數。比較方案一和方案二，方案二優于方案一，主要體現在反饋回路上，方案一需要3個或非門、一個3輸入與非門和一個2輸入與非門才能使減計數到“00”后保持不變；而方案二使用一個與非門和就能實現。3模塊電路設計3.1信號源的設計555定時器應用為多諧振蕩電路時，當電源接通Vcc通過電阻R2.R3向電容C充電，其上電壓按指數規律上升，當u上升至2/3Vcc，會使比較器C1輸出翻轉，輸出電壓為零，同時放電管T導通，電容C通過R2放電；當電容電壓下降到1/3Vcc，比較器C2工作輸出電壓變為高電平，C放電終止，Vcc通過R1。R

14、2又開始充電；周而復始，形成振蕩。則其振蕩周期與充放電時間有關，也就是與外接元件有關，不受電源電壓變化影響。根據公式： 電源為5v，則Q端輸出1Hz的時鐘脈沖555定時器如圖3.1-1所示： 圖3.1-1 多諧振蕩電路555定時器功能表3.1-2所示：輸入輸出閾值輸入 6觸發輸入 2復位 4輸出 3放電管T 7XX00導通<2/3VCC<1/3VCC11截止>2/3VCC>1/3VCC10導通<2/3VCC>1/3VCC1不變不變 表3.1-2 555定時器功能表3.2電源電路設計 單相交流電經過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路轉換成穩定的直流電壓，

15、直流電壓源的一般設計步驟如下： （1）變壓器得到可用交流電； （2）經過整流二極管對其整流； （3）再用電容對其濾波；（4） 最后用7805穩壓系列對其進行穩壓。 電源電路圖如圖3.2-1所示： 圖3.2-1電源電路3.3計時電路設計計時電路主要由兩片74LS192組成。其中高位片74LS192的4個輸入端中，D0、D2和D3端接低電平，D1端接高電平，輸出端接七段數碼管作為高位顯示，低位片2的4個輸入端中，D0、D1和D3接低電平，D2接高電平，輸出端接七段數碼管作為低位顯示。通過控制輸入低電平或高電平，從而實現置數和啟動功能。74LS192的計數是通過計數脈沖來控制的，通過555構成的多諧

16、振蕩器產生1HZ的方波來進行計數工作。預置數通過控制74LS192的置數端來實現，要置數時只要PL端接低電平就行了。在進行24秒計時時，清零端、置數端和遞增計數脈沖輸入端接高電平，低位74LS192芯片的遞減計數脈沖輸入端接時鐘脈沖，借位輸出端接高位74LS192芯片的遞減計數脈沖輸入端。 計時電路電路圖如圖3.3-1所示： 圖3.3-1計數電路圖3.4顯示電路設計BCD碼七段譯碼驅動器型號有74LS47（共陽）74LS48（共陰）、74LS48（共陰）等，本設計采用的是74LS47。 74LS47引腳排列圖。其中AD為BCD碼輸入端;ag為譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅動LED七段共陰數

17、碼管；LT非為測試輸入端，LT非=0時，譯碼輸出全為“1”； BO為消隱輸入端，BO=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。74LS47內有上拉電阻，故只需要在輸出端與數碼管管腳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。74LS47功能表如表3.4-1所示 表3.4-174LS47功能表輸入輸出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118011000011111100011000101100001011001011011012

18、011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111118011100111100119 LED數碼管是目前最常用的數字顯示器，一個LED數碼管可用來顯示一位(09)十進制數和一個小數點。小型數碼管每段發光二極管的正向壓降隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略差別，通常約為22.5V，每個發光二極管的點亮電流在510mA之間。LED數碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當的驅動能力。 共陰接法和共陽接法的

19、區別在于它們公共端的接法不一樣。共陽接法中，數碼管的公共端3和8都接VCC，而共陰接法中，3、8腳都接GND。顯示電路電路如圖3.4-1所示： 圖3.4-1顯示電路3.5停止控制電路倒數計數器到零時，需要將電路轉換到“00”并且停住。現在選取計數器到零的狀態“00”，從BO借位輸出端引出線接到二腳與非門，一端接BO，另一端接NE555的OUT端，與非門輸出端接DOWN，當計數器到達“00”狀態，從BO端輸出低電平，經過與非門后鎖住從555多諧振蕩器輸出的脈沖信號，沒有脈沖輸入DOWN，從而停在“00”，因此能實現從“00” 到“24”的轉換。同時單刀單置開關也可以控制74LS192的

20、預置數和計數。控制電路如圖3.5-1所示： 圖3.5-1控制電路圖3.6報警提示電路 警報提示就是完成任一計時器計時結束時，系統給出連續的提示音。  當電路由“01” 到“00”時，“BO”借位輸出端輸出低電平，經過與非門輸出為高電平，而蜂鳴器負極已經接地，故這時由于兩端存在電壓差，所以蜂鳴器能報警。 同樣的此時LED的正極已經接了高電平，“BO”借位輸出端輸出低電平，故這時由于兩端存在電壓差，所以LED能正常工作。報警提示電路如圖3.6-1所示： 圖3.6-1報警提示電路4仿真調試及實驗裝調4.1軟件簡介  Proteus軟件是英國Labcenter&

21、#160;electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。具有4大功能模塊  u 智能原理圖設計（ISIS）豐富的器件庫 超過27000種元器件，可方便地創建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰；

22、可輸出高質量圖紙。 u ProSPICE混合仿真：基于工業標準SPICE3F5，實現數字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內部原型或使用廠家的SPICE文件自行設計仿真器件，Labcenter也在不斷地發布新的仿真器件，還可導入第三方發布的仿真器件。獨特的單片機協同仿真功能 支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、等。 實用的PCB設計平臺，先進的自動布局/布線功能；支持器件的自動/人工布局；支持無網格自動布線或人工布線；支持引腳交換/

23、門交換功能使PCB設計更為合理；完整的PCB設計功能；可以輸出多種格式文件。4.2軟件仿真首先在Protues中選好元器件，然后連好線，檢查線路是否存在錯誤，如無，則進入了調試的正式階段，啟動調試，觀察系統運行的狀況是否良好，然后觀察系統的效果是否達到預期的要求，如無，則停止仿真，分析電路中存在的缺陷與錯誤，改正后再次啟動調試，然后再次觀察仿真效果是否達到預期的效果，如此循環下去，直到得到滿意的仿真效果。 仿真前須明白：在仿真軟件上能仿真出結果的設計電路并不代表在實際電路中能得到同樣的結果；仿真不出結果的電路也并不代表在實際電路中得不出結果。仿真只是給我們提供一個環境去驗證一下自己的設計電路。

24、 4.3 電路調試在本次的實踐教學實驗設計中，通過上網查找各種資料、討論，在第二天晚上我們就最終確立了一種比較簡單又很完善的方案，并繪制出了完整的電路圖。領取組件后，我們就開始了我們的接線工作，在我們的共同努力下，只經過短短的三天時間我們就將基本電路完成。但由于缺乏接線經驗，導致問題太多，數碼管顯示不完全。通電后，數碼管能夠計數，報警燈也不能夠正常工作，但數碼管老是顯示不完全，而且開關根本就起不到作用。由于接線不用短線，導致線路很亂，經過幾個小時的調試根本就起不到作用。因為電路接線問題很大，所以我們決定拆了重連。這一次，我們采取短線連接。不過在單元電路的完成過程中也出現了一些問題，在

25、接線的時候有時候會和其他的線混淆，導致拆了好多線，也重連了很多。是這讓我們明白在接線過程中要絕對細心，頭腦要清楚，在接線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。基本電路完成后，發現數碼管又出現了亂碼，這次可把我們難到了，用萬能表和示波器檢測各部分電路的連接，最后發現電路多了一根短線，最后又檢查電路各個模塊的接線是否正常。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。4.4 結果分析(1)控制電路檢查在電路全部連接完后，改變各開關的閉、合狀態，電路的啟動、連續、暫停等功能均無法實現，說明控制電路的連線上存在問題。解

26、決方法：用示波器或萬用表檢查各管腳的連接情況，看輸入輸出端是否連接正常，并把有問題存在的部分重新接好；檢查各管腳的連線情況，看是否有連接錯誤的地方存在，并把有錯誤的地方修改正確；用示波器或萬用表檢查74LS00的VCC端和VDD端的連接情況，觀察是否存在錯誤，并把有錯誤的地方改正。(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：接入電源，用萬用表檢查電路是否接線正常，并把有問題的部分重新接好；進一步檢查電源與地的接入是否接反；若上述兩種情況都未出現則對照各芯片的管腳圖，檢查在連接過程中各管腳的連接是否接錯。(3)計時電路檢查將

27、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1秒的脈沖信號，觀察計數器的計數功能，發現數碼顯示是在從二十四遞減至0的過程中有數字顯示不完全現象，上述現象表明計數器置數和計數都正常，但接線上存在問題。解決方法：檢查兩片74LS192的數據輸出端所連的置數電路和預置電路，看是否有連線錯誤； 有萬用表或示波器檢查數碼管的管腳是否連接好；用萬用表或示波器檢查兩片74LS48和74LS192電源的電源端電壓是否正常。 (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。基本符合課程設計中所需秒脈沖信號的要求。

28、(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。 小 結本設計主要是通過模塊化設計的思想，逐步實現設計所需達到的功能要求；首先由時鐘模塊為減計數提供一個頻率為1HZ的脈沖信號，從而實現計數器減計數時間為1s，而譯碼器和顯示模塊主要是實現顯示減計數功能；報警模塊是為了實現當減計數減到零時發出光電報警信號；控制模塊主要是為了實現計時器的啟動、預置數和暫停/連續功能。本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