一、概述
在篮球比赛中，规定了一方的持球时间不能超过30秒，否则就被判做犯规。本课程设计的“篮球竞赛30秒计时器”，就可用于篮球比赛中，用于对球员持球时间30秒进行限制。一旦球员的持球时间超过了30秒，计时器便自动报警。
30秒计时器不仅可用于篮球比赛中，生活中也有许多地方可以用到，比如通过对预置时间的更改，可以用于辩论赛等场合。
此次课设设计了一个篮球竞赛30秒计时器电路。它由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和时序控制电路五个部分组成。通过控制电路来完成计时器的直接清零、启动、计数、暂停/连续等功能。计时器为30秒递减计时器，其时间间隔为1秒；计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，持续发光报警。并自行设计直流稳压电源。
这次实践，旨在增强学生思考问题，解决问题，以及将知识运用于实际的能力，作为一名学生应该好好珍惜这样的机会。
二、方案论证
图1 篮球竞赛30秒计时器原理框图
30秒计时器的原理框图如图1所示。30秒计时器主要由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、时序控制电路和报警电路5部分构成。计数器完成30秒减计时功能，而控制电路是控制计时器的直接清零、启动、计数、暂停/连续功能等功能。操作清零开关时能够使计数器清零并使显示器显示“00”，报警灯发光；当启动开关闭合时，控制电路应封锁脉冲信号，同时计数器完成置数功能，显示器显示“30”；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关闭合时，控制电路封锁脉冲信号，计数器处于封存状态，计数器停止计数；当暂停/连续断开时，计数器连续累计计数；当计数器递减计数到零时，报警灯发出报警信号。
三、 电路设计
1. 直流稳压电源电路
直流稳压电路由电压变压器、整流滤波电路及稳压电路组成，结构框图如图2所示。
交流输入
直流输出
图2 直流稳压电源电路构成
电压变压器的作用是将电网220的交流电压变成整流电路所需要的交流电压，通常为降压变压器。整流电路是将输入的交流电压变换为单向脉动电压和电流，这是还需在整流电路的输出端接入滤波电路滤除交流分量，使输出为平滑的直流电压。稳压电路的作用是将滤波电路输出的电压经稳压后，输出较稳定的电压。直流稳压电源的电路图如图3所示。
图3 直流稳压电路图
2.计数器电路
本实验中计数器选用中规模集成电路74192进行设计，74192是十进制同步加法/减法计数器，它采用8421BCD 码二-十进制编码，其功能表如表1所示。
变压器
整流电路
滤波电路
稳压电路
表1 74192的功能表
CP U CP D CR 操作
××0 0 置数
↑ 1 1 0 加计数
1 ↑ 1 0 减计数
××× 1 清零
74192的引脚图如图4所示。
结合整机电路（见附录I）可看出,当J3接5V时，CR为高电平，计时器清零；当J3接地时，CR为低电平、LD为低电平时，D0-D3端输入的数据d0-d3被置入计数器，Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0。当CR为低电平，LD为高电平时，如果CP D为高电平，由CP U端输入计数脉冲，进行加计数。如果CP U为高电平，由CP D端输入计数脉冲，则进行减计数。如果CP U和CP D端都为高电平，计数器保持状态不变。用两片74192实现30秒定时器的计数如图5所示。当J3接地时（即CR=0），同时启动开关J2打向下端时，两片74HC192的LD=0,计数器置30秒.当J2打向上端时，LD=1，计时器工作，CP D端输入秒脉冲时进行减数。当计时器计时到0时，BO1和BO2同时输出低电平0。
图4 74192引脚图
BO 接显示器接显示器
脉冲信号
图5 三十进制减法计时器
3. 时序控制电路
图6是时序控制电路。J1是暂停/连续开关。开关J1打向右端时，U3输出高电平，控制门U4打开，秒脉冲信号可以通过控制门U4使计数器进行减数；开关J2打向左端时，U3输出低电平，U4门关闭，秒脉冲信号被封锁，计数器处于锁存状态。计数器完成30秒倒计时或清零后，BO为低电平，二极管发光，同时U1门关闭，计数器不再进行计数，并显示“00”。
脉冲信号
BO秒脉冲
图6 时序控制电路
4.秒脉冲信号产生电路
LM555秒脉冲发生器的振荡周期T=t w1+t w2=0.7（R1+2R2）C，振荡频率
f=1/T=1/﹝0.7（R1+2R2）C﹞≈1.43/﹝(R1+R2)C﹞。本实验需要的周期是1s，计算出较为稳定的电阻电容值为：R1=20.4kΩ,R2=20.8kΩ, C1=100nF ,C2=2.2μF。LM555秒脉冲发生器由555集成定时器构成，其引脚图如图7所示。脉冲信号产生电路如图8所示。
图7 LM555引脚图
秒脉冲
图8 脉冲信号产生电路
5.译码和数码显示电路
译码器将各级十进制计数器的计数结果进行二-十进制译码，并驱动数码管用十进制符号显示出来。译码显示器如图9所示。
图9 译码显示器
为保护显示器，使显示器与电阻串联，其电路图如图10所示。
接计时器
图10 译码和数码显示电路
6.报警电路
当计数器递减计数到零 ( 即定时时间到 )或直接清零时 ,显示器显示“00”，计数器保持零状态不变 ,BO输出为低电平，此时+5V电源经10k电阻使发光二极管导通并发出红光电报警信号,完成报警功能。报警电路如图11所示。
接计时器
BO 脉冲信号
图11 发光报警电路
四、性能的测试
1.直流稳压电源测试
将万用表接到直流稳压电源上，进行仿真，其电路如图12所示。万用表测试结果显示的数据如图13所示。
