基于数字逻辑的篮球24秒计时器设计与仿真

摘要

本文设计了一种基于数字逻辑电路的篮球24秒计时器系统。该系统采用同步十进制计数器作为核心计时单元，通过逻辑门电路实现计时、暂停、复位和报警功能。使用Multisim软件进行电路仿真验证，结果表明该设计能够准确实现24秒倒计时功能，并在计时结束时自动触发声光报警，满足篮球比赛计时需求。

**关键词**：数字逻辑；24秒计时器；计数器；电路设计；Multisim仿真

1. 引言

篮球比赛中的24秒进攻规则要求进攻方必须在24秒内完成投篮。传统机械计时器存在精度不足、操作不便等问题。随着数字电子技术的发展，基于数字逻辑的计时器因其精度高、稳定性好、易于控制等优点得到广泛应用。本文采用基本逻辑门和集成计数器芯片，设计了一个完整的24秒计时控制系统。

2. 系统设计方案

2.1 系统结构

计时器系统由以下模块组成：

- 时钟信号产生模块

- 计数控制模块

- 显示译码模块

- 报警控制模块

- 手动控制模块（启动/暂停/复位）

2.2 核心电路设计

采用两片74LS192同步可逆十进制计数器级联，实现24秒递减计数。个位计数器(74LS192(1))的借位输出连接十位计数器(74LS192(2))的减计数时钟输入端，形成24→23→...→00的倒计时序列。

控制逻辑采用基本门电路实现：

- 复位信号：通过RS触发器实现系统复位

- 暂停/启动：采用D触发器控制计数使能端

- 终值判断：当计数值为00时，通过与非门产生报警信号

3. 电路仿真与分析

3.1 仿真环境

使用Multisim 14.0进行电路仿真，设置时钟频率为1Hz，模拟实际秒脉冲。

3.2 仿真结果

仿真显示：

1. 复位状态下，显示器显示"24"

2. 启动计数后，每个时钟周期计数值减1

3. 计时至"00"时，LED指示灯点亮，蜂鸣器发声

4. 暂停功能可随时中断计数过程

5. 复位功能使系统立即返回初始状态

4. 结论

本文设计的基于数字逻辑的24秒计时器具有结构简单、成本低廉、可靠性高的特点。通过Multisim仿真验证了设计的正确性和实用性。该设计不仅可用于篮球比赛，经过适当修改还可应用于其他需要精确计时的场合。

参考文献

[1] 阎石. 数字电子技术基础(第六版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2016.

[2] 王兆安, 黄俊. 电力电子技术(第5版)[M]. 北京: 机械工业出版社, 2014.

[3] Multisim 14.0 User Guide. National Instruments Corporation, 2019.