数字电路课程设计 报 告

数 字 电 路

课 程 设 计 报 告

课题名称：篮球竞赛30秒计时器 姓 名： 学 号：

专业班级：通信工程1 指导教师：

设计日期：2013年1月5日

摘要：随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活不可缺少的一部分，特别是在各种竞技运动中，计时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。电子课程设计是电子技术中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。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是何其重要的。

在篮球比赛中，规定了一方的持球时间不能超过30秒，否则就被判做犯规。本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，就可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒进行限制。一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警。

本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30秒计时器。它由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和时序控制电路五个部分组成。当计数器接收到秒脉冲后开始倒记数，等递减到0时，发光二极管亮光报警。通过控制电路来完成计时器的启动、计数、暂停/继续、译码显示电路的显示等功能。本电路用两个74LS192芯片构成递减计数器（30进制）；控制电路由74LS00和74LS08构成；秒脉冲发生器由555集成定时器构成；两个数码管构成显示电路。

关键字 : 秒脉冲发生器 计时器 光电报警 模块化 一、设计原理及要求 设计原理

图1 篮球竞赛30秒计时器原理框图

篮球竞赛30秒计时器原理框图如图1所示。功能的电路采用模块化设计，分别都有各自的功能。

篮球竞赛30秒计时器包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路、报警电路等5个部分组成。其中计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30秒计时功能，而控制电路控制计数器的启动计数、暂停／继续计数。当启动置数开关时，计数器完成置数功能显示30秒字样；当启动开关时，计数器开始计数；暂停／继续开关连接到连续计数端时，计数器开始连续计数，当连接到暂停计数端时，计数器暂停计数。计数器递减到零时，发出光电报警信号。 设计要求

（1） 具有显示30秒计时功能；

（2） 系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能； （3） 计时器为30秒递减计时，其计时间隔为1秒；

（4） 计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。 二、电路设计

(1) 8421BCD码递减计数器模块电路

本实验中计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制同步加法/减法计数器，它采用8421BCD码二-十进制编码，其功能表如表1所示。 74LS192引脚图如下所示

74LS192引脚图

表1 74LS192的功能表 CPU × ↑ 1 × CPD × 1 ↑ × CR 0 1 1 × 0 0 0 1 操作 置数 加计数 减计数 清零 由此看出,当LDˊ=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,当计数到9时,COˊ端输出进位下降沿跳变脉冲；当LDˊ=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，当计数到0时，BOˊ端输出借位下降沿跳变脉冲。由此设计出三十进制减法计数器，具体电路图如图2所示,图中的Q0-Q7分别接到显示译码器的输入端，CPD端接到秒脉冲发生器的脉冲输出端。图中预置数为N=（0011000）8421BCD=（30）10，当低位计数器的借位输出端BOˊ输出借位脉冲时，高位计数器才开始进行减法计数。当计数到高、低位计数器都为零时，高位计数器的借位输出端BOˊ输出借位脉冲，使置数端LDˊ=0，则计数器完成置数，在CPD端输入脉冲的作用下，进行下一循环的减法计数。

1312QAQBQCQD~BO~COQAQBQCQD~LOADCLR~LOADCLRUPDOWN5VABCD1511091114151109ABCD1114549VCC11GNDGND 图2 三十进制减法计时器

(2) 时钟信号控制电路

图3时钟信号控制电路

图3是时钟脉冲信号 CP 的控制电路 ,控制 CP 的放行与停止。当定时时间未到时，74LS192的借位输出信号BO2=1时，则CLK信号受“暂停/继续”开关S2的控制，当S2处于“暂停”位置时，门U10A输出0，门U7A关闭，封锁CLK信号，计数器暂停计数；当S2处于“连续”位置时，门U10A输出1，门U2A打开，放行CLK信号，计数器在CLK作用下，继续累计计数。当定时时间到时，BO2=0，门U7A关闭，封锁CLK信号，计数器保持零状态不变。从而实现了当暂停/连续开关处于暂停状态时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示原来的数，而且保持不变；当暂停/连续开关处于连续状态时，计数器正常计数，的功能要求。注意，BO2是脉冲信号，只有在CPD保持为低电平才能保持不变。 (3) 秒脉冲信号产生模块电路

NE555秒脉冲发生器由555集成定时器构成，其引脚图如图4所示。

NE555秒脉冲发生器的周期与其充电的时间有关，充电时间由图11中的电容C1、电阻R1和R2所决定周期的计算公式为：T=Ln2(R1+2R2)×C1。本实验需要的周期是1s，计算出较为稳定的电阻电容值为：R1=15kΩ,R2=68kΩ, C1=10μF,C2=10nF。计算得T=1s。 图4秒脉冲发生电路 (4) 显示模块电路

显示模块用来显示计时模块输出的即时计时和中途计时结果。是由七段数码管构成，计时模块输出计时信号通过译码器译码由数码管显示出来。如图5所示。

图5显示译码电路

(5) 光报警模块

当计数器递减计数到零 ( 即定时时间到 ) 时 , 控制电路应发出报警信号 , 使计数器保持零状态不变 , 同时报警电路工作。如图6所示。

54UPDOWNVCCU374192N~BO~CO131232673267U474192N 当计数到零时,两计数器借位端输出多为低（0）,故本设计将高位片借位BO2反馈到二极管负极性端,此时+5V电源经1k电阻使发光二极管发出光电报警信号,完成报警功能,而在递减计数时,BO2端输出为高（1）,二极管不报警。 +5V

600Ω BO2

图6发光报警电路

三、 性能的测试

(1) 秒脉冲信号发生电路的仿真

将秒信号发生器接到示波器上，如图7所示。观察输出波形，如图8所示。

图7秒脉冲信号发生器仿真 图8秒脉冲信号的波形图

(2) 30秒置数仿真测试

启动S1（低电平）成置数功能 , LD置为低电平出现30秒字样 ; 断开S1（高电平），LD置为高电平，计数器开始进行递减计数，如图9所示。

图9 30秒置数仿真测试

(3) 暂停/继续仿真测试

当暂停/继续开关S2处于暂停位置（低电平）时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示原来的数，而且保持不变，如图10所示；当暂停/继续开关S2处于连续位置（高电平）时，计数器正常计数如图11所示 图10暂停仿真测试 图11连续仿真测试 (4) 报警电路的仿真

当计数器计到状态“00”时，高位片的借位输出端BO产生低电平借位脉冲信号，由此导通发光二极管产生光报警信号。

图12报警电路的仿真 四、设计体会

本次课程设计是我到目前为止觉得最有意义也是收获最大的一次学习。设计是我们将来必需的技能，而这次课设恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的平台。

从通过理论设计，到仿真软件仿真，最后到确定具体方案，整个过程都需要我充分利用所学的知识进行思考、借鉴。可以说，本次课设是针对前面所学的知识进行的一次比较综合的检验。总的来说，这次课设虽然累，但非常充实。

在这次课程设计中，正确的思路是很重要的，只有你的设计思路是正确的，那你的设计才有可能成功。因此我们在设计前必须做好充分的准备，认真查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。我经过一段时间的查找资料和思考问题，最终把设计方案设计出来了。其中在查找资料的过程中收获颇丰，在这个过程中使我学会了如何查找文献资料并运用到自己的方案中去。经过一番深思熟虑后设计出比较实用的电路图，然后用仿