数字电路课程设计篮球比赛30秒计时器设计文档格式.docx
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摘要：
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，交通信号灯、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，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就犯规了。
本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒限制。
一旦球员的持球时间超过30秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。
本设计主要能完成：
（1）显示30秒倒计时功能；
（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秒递减计时器时其计时间隔为1秒；
（4）计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。
整个电路的设计借助于仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在仿真软件下设计和进行仿真，得到了预期的结果。
关键字：
计时器；
数码显示；
光电报警信号。
第一章计时器概述
计时器的特点及应用
随着社会文明的进步和科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域占有不可或缺的核心地位。
在我国现代化建设的发展进程中，数字电子技术在国民经济和科学研究各个领域的应用也越来越广泛。
而计时器恰恰是数字电路技术的一个重要组成部分,计时器的种类很多。
按构成计时器的各触发器是否使用同一个时钟脉冲源来分，可以分为同步计数器和异步计数器等等。
设计任务及要求
1.2.1基本要求
（4）计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号。
1.2.2设计任务及目标
（1）根据原理图分析各单元电路的功能；
（2）熟悉电路中所用到的个集成块的管脚及其功能；
（3）进行电路的仿真与调试，直到电路能达到规定的设计要求；
（4）写出完整、详细的课程设计报告。
1.2.3参考器件
74LS48（两片）、74LS192（两片）、CC40161（一片）、555（一片）、74LS00（两片）、74LS04（一片）、共阴极数码管（两片）、发光二极管（一只）、微动开关（二只）、电阻（若干）、电容（若干）。
第二章电路设计原理与单元模块
设计原理
30秒计时器的总体参考方案框图如图2—1所示。
它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（控制电路）等五个模块组成。
其中计数器和控制电路是系统的主要模块。
而我主要完成控制系统这一模块。
计数器完成30秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。
秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准,本设计要求采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。
译码显示电路由74LS48和共阴极七段LED显示器组成。
报警电路在实验中可用发光二极管。
所用芯片简介
2.2.174LS192
计数器选用汇总规模集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加锁计数器，它采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、加锁计数功能。
图2-2是74LS192外引脚。
图中UP、DN分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。
PL是异步并行置数控制端（低电平有效）TCU、TCD分别是，进位、借位输出端（低电平有效），MR是异步清零端，D3-D0是并行数据输入端，Q3-Q0是输出端。
74192的功能表见下表2-1所示。
其工作原理是：
当PL=1，MR=0时,当加计数到9时，TCU端发出进位下跳变脉冲；
若时钟脉冲加到DN。
端，且TCD=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，
当减计数到0时，TCD端发出借位下跳变脉冲。
由74LS192构成的三十进制递减计数器如下图2-3所示
图74LS192芯片管脚图
表2-174LS192功能表
MR
PL
UP
DN
功能
1
x
清零
置数
↑
加法计数
↓
减法计数
图2-38421BCD30递减计数器
其清零和置数的仿真图如下图2-4和2-5所示；
图2-4清零
图2-5置数
74LS00
74LS00的引脚图以及功能如下图2-6和表2-2所示：
表2-274LS00功能表
A
B
Y
由表可知，74LS00芯片实现的是与非的功能，即，Y=
。
图2-674LS00芯片管脚图
在我所做的控制模块中，主要是为了实现一个基本RS触发器，如下图2-7所示：
图2-7辅助时序控制电路
由上图2-7可知：
当单刀双掷开关打到↓档位时，计数将停止；
当打到↑档位时，计数将继续。
具体情况在仿真中将会具体实现。
2.2.3数码管
共阴极七段LED显示器是较常用的显示数码管，其管脚图如下图2-8所示，如果为共阴极的，其管脚COM端接地；
如果为共阳极的，起管脚COM段要接高电平。
还要在数码管电路上加上一保护电阻，起限电流的作用。
图2-8数码管引脚图
以上是控制模块的全部内容以及我所有的任务及完成情况，请老师检查。
我们的系统设计总框图如下图2-9所示：
图2-9系统设计总框图
2.2.4答辩
1.问：
你是如何实现清零和置数这两个功能的？
答：
清零是通过一个单刀双掷开关控制的，由图2-4和总图看出，当开关打到电源档位时，即是计数器74LS192的14管脚MR接高电平时，计数器清零；
同理，用一个单刀开关控制置数端，当开关闭合时，由图2-5和总图可知，即11管脚接低电平时，计数器置数。
2.问：
那又是如何控制计时器的暂停以及连续的呢？
暂停和连续用一个单刀双掷开关控制，当清零开关接低电平时，同时置数开关接高电平时，由图2-7可以明显看出，触发器控制输出0和1，即单刀双掷开关分别打到↓和↑，进而控制CP，前者封锁CP，起到暂停的功能；
达到后者正常输出，实现连续计数的功能。
第三章实验体会
本次课设是我第二次实习，但却是我最成功的一次，也是我感觉最有意义的一次，身为电子信息工程系的学生，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，再到确定具体方案。
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。
在这次实习中，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。
就我所要完成的任务来看，由这个计时器实验，我们可以看出，控制电路是整个电路的核心，我主要要负责的也就是这一部分，可以说任务比较艰巨，我只是知道，我这几天一直在不停的调试各种方案，只为了找到一个简单有效的方案，已顺利完成任务。
要做好本次的课程设计，熟练地掌握课本上的理论知识是前提。
这样才能对试验中出现的问题进行一定的分析和解决。
总的来说，这次的数电课设就是在电路图的绘制和仿真，由于是第一次接触proteus软件，自学其使用方法，再加上一些型号的芯片找不到，增加了电路图绘制和仿真难度。
但最后在向同学请教和帮助下，找到替代元件完成了电路图的绘制与仿真。
通过这次的数电课设，使我对基本RS触发器和计数器的原理和应用有了更加深入的了解和掌握，我想这次数电课设最大的收获就是提高了分析问题和解决问题的能力，由于是考试阶段，课设做的比较匆忙，所以有很多欠缺的地方还请老师多担待。
当仿真成功的那一刻，我激动得简直不能自已，一种前所未有的成就感冲击着我的心海，因为我成功了，这说明这几天辛勤的劳累终于换来了硕果。
当然，我知道能完成本次设计，不仅仅是我一个人的功劳，这离不开老师辛勤地指导，更离不开团队的队友相互之间默契的配合，是团队成就了我，这个优秀的团队促使我们最终顺利完成任务。
所以，我感谢老师，我更感谢我的队友，我的团队。
结论
本设计主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的功能要求：
1.时钟模块为减计数提供一个频率为1Hz的脉冲信号，从而实现计数器计数间隔为1秒钟；
2.计数、译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能；
3.报警模块是为了实现当减计数到零时发出光电报警信号；
4.控制模块主要是为了实现计时器的启动、直接清零和暂停/连续功能，其中在直接清零时，由外控制开关控制译码器消隐端，从而可以实现显示译码器灭灯；
通过暂停/连续开关从而实现断点计时功能。
至此，本设计能完成所有任务及要求。
参考文献
[1].王毓银.数字电路逻辑设计（脉冲与数字电路等教育出版社.1999第三版）.
[2].高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.2002
[3].孙人杰.电路数据手册TTL电路.电子工业出版社。
1989
[4].《中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全TTL集成电路.北京国防工业出版社.1985
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