篮球竞赛30秒定时器.docx
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篮球竞赛30秒定时器
篮球竞赛30秒定时器
年级专业：
指导老师:
所在学校：
2011年3月
目录
摘要3
篮球竞赛30秒定时器4
1.设计要求4
2．设计流程图4
3.单元电路介绍4
3.1操作开关4
3.2秒脉冲发生器4
3.3计数器5
3.4译码显示7
3.5由与非门组成的基本RS触发器9
3.6报警电路10
3.7整体电路10
4.元件清单13
５．调试14
5.2计数、译码、显示单元的测试14
6.电路测试及测试结果14
6.设计总结15
7.参考文献16
摘要
在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就视为犯规。
本次设计的“篮球竞赛30秒定时器”，可用于篮球比赛中对球员持球时间作30秒时间限制。
一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动报警，从而判定此球员犯规。
本设计主要能完成：
显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制定时器的直接清零/启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯；定时器为30秒递减计时，其计时间隔为1秒；定时器递减计时到零时，数码管显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。
此定时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续，以及具有光电报警功能，同时应用了七段数码管来显示时间。
此定时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当定时器递减到零时，会发出光电报警信号。
本设计完成的中途计时功能，实现了在许多特定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的应用价值。
关键词：
篮球竞赛30秒倒计时
光电报警数码显示
篮球竞赛30秒定时器
1.设计要求
1、设计一个30秒计时电路，并具有时间显示的功能。
2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计时。
3、要求计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1。
4、当计时器递减计时到零（即定时时间到）时，显示器上显示00，同时发出光电报警信号。
2．设计流程图
操作开关控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计时，当计时启动时，通过一个振荡器产生秒脉冲，送入双时钟方式的十进制可逆计数器实现30秒倒计时，并通过7段数码管显示出来，如果计数器递减计时到0，则由控制电路向报警电路发出一工作信号，报警电路报警。
3.单元电路介绍：
3.1操作开关：
设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计时。
3.2秒脉冲发生器：
利用555定时器外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
此处的秒脉冲发生器是由555定时器外接电阻电容构成的多谐振荡器来产生秒脉冲信号。
1地GND
2触发
3输出
4复位
5控制电压
6门限（阈值）
7放电
8电源电压Vcc
555定时器
由555定时器外接电阻电容组成的多谐振荡器
由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。
电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端
放电，使电路产生振荡。
电容C在
和
之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形
3.3计数器
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
（bcd,二进制）
◆ CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。
连接时接CPD端。
◆LD为预置输入控制端，异步预置。
◆CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
◆CO为进位输出：
1001状态后负脉冲输出
◆BO为借位输出：
0000状态后负脉冲输出。
74LS192的引脚排列及逻辑符号
74LS192功能表
递减计数器
3.4译码显示
74LS48是内部有上拉电阻的BCD4线—7段译码器，能实现计时数字的显示。
译码显示电路
引脚功能图
输入
/
输出
显示字符
DCBA
Ya
Yb
Yc
Yd
Ye
Yf
Yg
1
1
0000
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
X
0001
1
0
1
1
0
0
0
0
1
1
X
0010
1
1
1
0
1
1
0
1
2
1
X
0011
1
1
1
1
1
0
0
1
3
1
X
0100
1
0
1
1
0
0
1
1
4
1
X
0101
1
1
0
1
1
0
1
1
5
1
X
0110
1
0
0
1
1
1
1
1
6
1
X
0111
1
1
1
1
0
0
0
0
7
1
X
1000
1
1
1
1
1
1
1
1
8
1
X
1001
1
1
1
1
0
0
1
1
9
1
X
1010
1
0
0
0
1
1
0
1
无效输入
1
X
1011
1
0
0
1
1
0
0
1
1
X
1100
1
0
1
1
0
0
1
1
1
X
1101
1
1
0
0
1
0
1
1
1
X
1110
1
0
0
0
1
1
1
1
1
X
1111
1
0
1
1
0
0
0
0
X
X
XXXX
0
0
0
0
0
0
0
0
灭
8
8
1
0
0000
0
0
0
0
0
0
0
0
灭
0
X
XXXX
1
1
1
1
1
1
1
1
8
74LS48的功能表
（1）灭灯输入BI/RBO
当BI/RBO作为输入使用，且BI=0，数码管七段全灭，与译码器信号输入无关。
（2）试灯输入端LT
当LT=0时，所有字段置1，数码管的七段全亮，与输入的译码器信号无关。
改输入端可用来检查74LS48及显示器的好坏。
（3）动态灭零输入端RBI
当LT=1，RBO=0，且译码器输入全为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭。
当译码输入非0时，则正常显示。
（4）动态灭零输出端RBO
BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。
当LT=1，且RBI=0，RBO=0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0。
若LT=0或者LT=1且RBI=1，则RBO=1。
该端主要用于显示多位数字，多个译码器之间的连接。
3.5由与非门组成的基本RS触发器
电路结构：
由两个与非门的输入和输出交叉耦合组成的基本RS触发器。
和
为信号输入端，它们上面的非号表示低电平有效，在逻辑符号中用小圆圈表示。
Q和
为输出端，在触发器处于稳定状态时，它们的输出状态相反。
特性表：
特性表反映的是在输入信号的作用下，输出端由“现态”转换为“次态”的情况。
现态：
是指触发器输入信号（
、
端）变化前的状态，用
表示；
次态：
是指触发器输入信号变化后的状态，用
表示。
与非门组成的基本RS触发器特性表
说明
0 0
0
X
不定
0 0
1
X
0 1
0
0
置0
0 1
1
0
1 0
0
1
置1
1 0
1
1
1 1
0
0
保持
1 1
1
1
3.6报警电路
BO1和BO2分别为两片74LS192的BO输出端
报警电路
3.7整体电路
由单元电路组成的整体电路原理图
工作简介：
在操作S3到直接清零开关时，此时要求计时器清零，数码显示灭灯。
当启动开关S1闭合时，控制电路应封锁始终信号CP（秒脉冲信号），同时计数器完成置数功能，即计数器预置数为（00110000），8421BCD=（30）10。
只有当低位1端发出借位脉冲，高位计数器才做减计数。
当高、低位计数器全为零时，且CPD为0时，置数端2，计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数，译码显示电路显示30s字样；当启动开关S1断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关S2拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停/连续开关拨在连续时，计数器继续累计计数。
而每当555芯片构成的多谐振荡器产生一个秒脉冲时，此时控制电路、报警电路和秒脉冲信号一起通过一个与门进入到低位计数端，当计数器递减到0时，同时译码显示电路显示字样00，此时报警电路由发光二极管发出报警信号，这样就达到了设计目的。
秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。
计数器由74LS192中规模十进制计数器构成。
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代替。
4.元件清单
元件
规格
数量
数码显示管
七段显示共阴极数码管
2
译码器
74LS48
2
十进制计数器
74LS192
2
与非门/非门
74LS00
1
与非门
74LS20
1
定时器
555
1
16脚底座
4
14脚底座
2
8脚底座
1
轻触开关
1
自锁开关
2
电容
10μF
1
0.1μF
1
电阻
10kΩ
4
1kΩ
1
15kΩ
1
68kΩ
1
５．调试
5.1多谐振荡器的调试
用双踪示波器观测555定时器的脚2与脚3处的波形，测定频率。
使脚2与脚3处的波形分别满足以下两个波形。
5.2计数、译码、显示单元的测试
按S1启动开关，观察数码显示管显示“30”开始计数，并每间隔1秒递减1。
在调试中发现七段数码管有一个发光二极管灭灯，经检查发现数码管引脚g端出现虚焊。
调试后一切显示正常。
6.电路测试及测试结果
1、根据设计的电路图在面包板上按各个模块组装接好实际电路，检查电路接线正确，然后对各个模块进行功能检测校正：
（1）对CC4511芯片的译码显示通过一系列输入测试是否与其功能表相同；
（2）对74LS192的逻辑功能通过万用表进行测试，验证其功能状态；
（3）对各芯片组成的触发器的逻辑功能测试，验证其功能状态。
2、当检测出问题后分析出原因，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。
3、检测正确把各个模块整体连接，联调校正，检测电路是否能满足系统的设计要求。
4、经检测校正各个模块正确实现其功能，整体电路满足系统的设计要求。
6.设计总结
设计需要的是活学活用所涉及的知识。
在此次设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。
整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。
通过本次设计，我最大的收获就是提高了自己独立思考的能力。
在设计中，我充分应用我们所学的知识，例如：
集成电路74LS系列、二极管、整定时器555等元件的应用。
这次实践使我受益匪浅，从单元电路到整体电路，一路走来，培养了我的设计思维，增强了我的实际操作能力。
在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。
这次设计所用的的工具是Multisim10.0.1,画图和仿真就比较方便，使设计的质量得到了保证。
本次设计提高了我的综合动手能力和工程设计能力，它使我的理论知识得到了综合应用，培养我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。
电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生，我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。
课程设计的自主设计、学习和研究过程中，通过写课程设计的总结报告，初步训练我的书面表达能力，组织逻辑能力，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步发展帮助较大。
同时也加强了对课本知识的理解，使我们做到理论和与实际的联系，收获很大。
并且我也深深地体会到自己所学知识的不足，激发了我的自学能力和应对挑战的能力。
为今后学习打下了良好的基础，也培养了我们严谨务实的作风。
7.参考文献：
1、《数字电子技术教程》阎石清华大学出版社
2、《电子技术基础实验》陈大钦高等教育出版社
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