篮球比赛24秒倒计时器的设计

数字电路课程设计报告书

              姓名：   李青城               

              班级：电气教育技术10级 

              学号： 100805007          

              时间：2012年 4月 10　日  

    555定时器使用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。R2又开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期和充放电时间有关，也就是和外接元件有关，不受电源电压变化影响。

输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：

、、

当时， 把代入三要素方程。于是可解出:

  、  、

当时，代入公式,于是可解出：

振荡周期 T

于是为了产生周期为1秒的脉冲，可以使

、、

2.1.3 74LS192

74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的CP+端，端接到下一级的CP-端即可。

74192功能表：

2.2.1 信号发生部分

秒脉冲的产生由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。电路图如下图所示。当开关断开时，555定时器产生周期为1s的脉冲；当开关闭合时，电路不能输出信号，于是没有脉冲输入74LS192中，故74LS192在保持状态，即实现暂停功能。

图2  信号发生电路

2.2.2 倒计时部分

24秒倒计时电路。这部分电路的主体部分在时钟脉冲的输入情况下工作，下面进行具体分析。

计数器的倒计时功能。用两片74LS192分别做个位（低位）和十位（高位）的倒计时计数器，由于本系统只需要从开始时的“24”倒计到“00”然后停止，所以，这里的高位不需要做成六十进制的计数器。

因为预置的数不是“00”，所以我选用置数端LOAD来进行预置数。时钟脉冲分别通过两个和门才再输进个位（低位）的down端，当停止控制电路送来停止信号时，截断时钟脉冲，从而实现电路的停止功能。

低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。

两片计数器具体接法。Vcc、UP接+5V电源，GND接地；时钟脉冲从和门输出后接到低位的down，然后从低位BO’接到高位的down；输入端低位C、高位B接电源，其他引脚和CLR都接地。LOAD接到开关C的活动端，C 的另外两引脚分别接G的活动端和地。而G的另外两个引脚分别接到电源和地。

图3  24秒倒计时电路

2.2.3 停止控制电路

倒数计数器到零时，需要将电路转换到“24”并且停住。现在选取计数器到零的状态24秒计到“00”，从各引脚引出线接到二脚和非门，当计数器从“00”状态转换到“99”时，用和非门把该状态转换成低电平（其余时间为高电平）控制。使电路转换到“24”。由于数字99是在很短的时间才能看到，用肉眼是看不到的，于是能实现从“00” 到“24”的转换。再通过和非门所组成的触发器的输出端输出低电平，使74LS192处于保持状态。这样就实现了转换并停止的电路。

图4  停止控制电路

2.2.4 警报提示装置

警报提示就是完成任一计时器计时结束时，系统给出连续的提示音。

当电路由“00” 到“24”时，下面一个和非门输出低电平，而鸣蜂器的和LED1的正极已经接了高电平，故这时由于两端存在电压差，所以鸣蜂器和LED1均能正常工作。从而发出报警信号。

 图5  警报提示电路

3.总设计（总电路图）

图6  电路总原理图

由555定时器输出秒脉冲经过R30输入到计数器IC4的CD端，作为减计数脉冲。当计数器计数计到0时，IC4的(13)脚输出借位脉冲使十位计数器IC3开始计数。当计数器计数到“00”时应使计数器复位并置数“24”。本电路利用从“00”到“99”时，通过和非门，使电路置数到“24”并且保持该状态。由于“99”是一个过渡时期，不会显示出来，所以本电路采用“99”作为计数器复位脉冲。当计数器由“00”跳变到“99”时，利用个位和十位的“9”即“1001”通过和非门IC5去触发Rs触发器使电路翻转，从11脚输出低电平 使计数器置数，并保持为“24”，同时LED发光二极管亮，蜂鸣器发出报警声，即声光报警。按下J1时，Rs触发器翻转11脚输出高电平，计数器开始计数。若需要暂停时，按下J2，振荡器停止振荡，使计数器保持不变，断开J3后，计数器继续计数。

(1)J1：手动复位按钮。当按下J1时，不管计数器工作于什么状态，计数器立即复位到预置数值，即“24”。当松开K2时，计数器从24开始计数。

(2)J2：暂停按钮。当“暂停/连续”开关处于“暂停”时，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数。

(3)J3：启动按钮。J3处于断开位置时，当计数器递减计数到零时，控制电路发出声、光报警信号，计数器保持"24"状态不变，处于等待状态。当J3闭合时，计数器开始计数。

4、安装、调试步骤

4.1、按照万能板的规格，设定好各集成芯片的排放位置、测试各芯片是否和面板接触良好。

4.2、用异步可逆双时钟BCD计数器74LS192及相关门实现定时倒计时电路。

4.3、当检测出问题后分析其原因，是元器件本身原因还是接线错误，更换元件或重新正确接线，保证电路的正确运行。

4.4、整体综合连接，测试整体性能。

5、故障分析和电路改进

5.1 故障分析和解决

在实际连线过程中，出现故障几乎是不可避免的。其中接线错误就是第一个一个难以避免的困难。另外一个让人头疼的原因是实验板和芯片接触不良，导致形成软型故障，难以准确找出故障点。最后，我个人认为还有一个细节也不能忽视，就是实物图和电脑仿真上的芯片接法并不完全一样，电脑仿真上的芯片许多管脚已经默认接地或接电源了，这些我们在实物图上就必须实际地接上，否则就会得到错误的结果。

在查找故障时，首先要有耐心和细心。同时要开动脑筋，进行认真的分析和判断。在不通电的情况下，通过目测，对照电路原理图和装配图，检查每一块片是否正确，极性有无接反，管脚有无损坏，连线有无接错（包括漏错线、短路和）通电后，通过类比法，高低电平比较法等方法逐一找出故障点。

5.2 电路改进

    尽管用本电路图所焊接出来的电路板能实现功能，而且电路也很稳定。这也是对本电路的肯定。但从使用的过程中，其实还是有值得改进的地方。比如当数码管显示到“00”时，能亮灯，那应该是更完美的。但是本电路只有在从“00”转到“24”是才能亮灯及报警，也就是说报警器慢了1秒钟报警。

实际的电路改进：可以先在两个74LS192的输出端接上接二个四输入端和非门。并且接到触发器的输入端，这样能实现当数码管显示到“00”时，LED发光且鸣蜂器发出声音，实现报警功能。但是，这样的代价就是使电路更加的复杂，所带来的工作量也随之增大。

6、总  结

在此次课程设计中，我们将课本理论知识和实际使用联系起来。按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。

通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。

7、心得体会

1．在本次课程设计中，我对74LS48、74LS192、NE555等芯片加深了了解，和巩固了对它们的使用，对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理解，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。

2. ．提高实践动手能力。大学中许多的时间都是在学习理论知识，很少参和时间中去，课程设计给我们提供了一个宝贵的机会，理论用语实践，从设计，仿真，安装调试，没一步的进行，都会带来受益非浅的实际操作训练，许多的实践经验是我们在课本上学不到的，必须经过这样严格的自己动手，才会从中体会出设计成果的喜悦。理论知识总是要用于实践中才得以升华，我们应该更多的参和实践，以增强我们对电子专业的兴趣。同时，从开发设计一些小规模产品去体会学习开发设计电子产品的设计思路，为以后的工作打下基础。

3.另外，我对焊接技术有了新的见解，我的焊接技术有了新的提高 。

4课程设计促进了我系人才培养计划的完善和课程设置的调整。近年来，我系为适应学生的实践需要陆续增设和调整了一系列课程，受到同学的欢迎，其中这次的设计很受同学们的喜欢。

课程设计达到了专业学习的预期目的。在两个星期的课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对电路板制作流程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。

总之这次课程设计学会了，如何和同学交流和和同学的心得东西的互换。  

8、元件清单

课程设计所焊接的电路板在测试过程中的现象：

该图为刚刚开始倒计时         该图为倒计时到10s

专业：电气教育技术班级：10电气本 学号： 100805007  姓名：  李青城