基于篮球赛24秒计时器的设计方案与电路组成

1 设计方案及电路组成

篮球比赛24秒计时器是数字电路的一个简单应用。 设计过程中，采用模块化设计思想，将电路分为定时电路、控制电路、显示电路和报警电路四部分。

设计方案框图如图1所示。时序电路和控制电路是设计方案中的主要模块。 计时电路由第二脉冲发生器和计数器组成。 计数器完成24s定时功能，控制电路主要完成计数器直接清零、开始计数、暂停/连续计数等功能。

图1 24秒定时器设计框图

设计中，根据实际需要，计数器选用集成芯片，即十进制可编程同步加法计数器。 采用8421码十进制编码，具有直接清零、设置、加减计数等功能。 反馈端和数字端用于实现十六进制的转换； 第二脉冲发生器由555集成电路或TTL与非门组成的多谐振荡器组成。 显示电路由译码器和共阴极七段LED显示屏组成。 测试时报警电路可用发光二极管和蜂鸣器代替。

2单元电路设计

2.1 信号发生电路

第二脉冲的产生是由555定时器组成的多谐振荡器电路完成的。 电路图如图2所示。当开关打开时，555定时器产生一个周期为1秒的脉冲；当开关打开时，555定时器产生一个周期为1秒的脉冲。 当开关闭合时，电路无信号输出，因此计数器没有脉冲输入，计数器保持保持状态，即实现暂停功能。

图2 信号发生电路

2.2 计数电路

两个计数器分别用作个位（低位）和十位（高位）的倒计数器。 本设计只需要从“24”数到“00”即可。 由于预设号码不是“00”，因此选择预设号码。 端子（LOAD）执行预设数据。 时钟脉冲分别通过两个与门输入到计数器个位（低位）的DOWN端。 当停止控制电路发出停止信号时，时钟脉冲将被中断，从而实现电路的停止功能。 其中，低位借位输出信号用作高位时钟脉冲。

两个计数器的具体连接方法：

Vcc和UP接+5V电源，GND接地；

时钟脉冲从与门输出后，先连接到低位DOWN，再从低位BO'连接到高位DOWN；

输入端的低位C和高位B连接电源，其他引脚和CLR接地； LOAD接开关C的有源端，C的另外两个引脚分别接G的有源端和地。 G的另外两个引脚分别连接到电源和地。 电路如图3所示。

图3 计数电路

2.3 停止控制电路

当计数器倒数到“0”时，电路需要强制到“24”并暂停。 现在选择计数器达到零的状态，并在 24 秒内计时到“00”。 从每个引脚连接两个 NAND 门。 当计数器从“00”状态转变为“99”时，使用与非门将状态转换为低电平。 电平（其余时间为高电平）控制LD，使电路切换到“24”。 由于数字“99”显示的时间很短，因此在从“00”转变到“24”期间看不到“99”状态。 触发器的输出端输出低电平以维持该状态。 这样就实现了开关和停止的控制电路。 电路如图4所示。

图4 停止控制电路

2.4 报警提示电路

报警提示是指当完成任何定时任务时，系统会发出连续的蜂鸣声。

当显示电路从“00”切换到“24”时，与非门输出低电平，蜂鸣器和LED1的阳极接高电平，因此蜂鸣器和LED1都正常工作。 从而发出报警信号。 如图5所示。

图5 报警提示电路

3 总体电路设计

555定时器输出的第二个脉冲通过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，计数器复位并将数字设置为“24”。 该电路在从“00”到“99”时使用与非门将电路设置为“24”并保持该状态。 “99”是过渡状态，不会显示，因此本电路采用“99”作为计数器复位脉冲。 当计数器从“00”跳到“99”时，通过与非门IC5利用个位和十位中的“9”触发RS触发器，使电路翻转并从引脚输出低电平11. ，使计数器设置并保持在“24”。 同时LED发光二极管点亮，蜂鸣器发出警报声。

J1：手动复位按钮。 当按下J1时，无论计数器处于何种工作状态，计数器立即复位到预设值“24”并开始计数。

J2：暂停按钮。 当“暂停/连续”开关处于“暂停”位置时，振荡器停止振荡，计数器暂停计数，显示保持不变。 当此开关处于“连续”开关时，计数器继续累加计数。

J3：启动按钮。 当J3处于断开位置时，当计数器倒计数到零时，控制电路发出声光报警信号，计数器保持“24”状态，处于等待状态。 当J3闭合时，计数器开始计数。

4。结论

该电路设计简单，能较好地满足设计要求。 通过将教材理论知识与仿真应用相结合，可以有效提升学生的设计应用能力和创新能力。