篮球竞赛30秒计时器-数电课程设计
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数电课程设计
第1页 篮球竞赛30秒计时器
序言
篮球比赛中除了有总时间倒计时外，为了加快比赛的节奏，新的规则还要求进攻方在２４秒内有一次投篮动作，否则视为违例。本人设计了一个篮球比赛计时器，可对比赛总时间和各方每次控球时间计时。该计时器采用按键操作、ＬＥＤ显示，非常实用。此计时器也可作为其他球类比赛的计时器。
一、设计要求：
1．30秒计时器具有显示30秒的计时功能。
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秒递减计时时，其计时间隔为1秒。
4．当计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，应发出光电报警信号。
二、设计方案
分析设计任务，该系统包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路(简称控制电路)和报警电路等5个部分构成。其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停／连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停／连续开关拨在暂停位置上时，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，计数器继续递减计数。另外，外部操作开关都应采取去抖动措施，以防止机械抖动造成电路工作不稳定。系统设计框图如图下图所示。
秒脉冲发生器 计数器 译码显示
控制电路 报警电路 数电课程设计
第2页 三、各个电路的功能分析
1、译码显示电路
用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的BCD码换成 7 段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS194
在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动 器和显示器等部分组成，如图5.3.5所示。下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。
123BA驱动器显示器译码器计数器
数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。
数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。 数电课程设计
第3页 数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图5.3.6表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示0～15等阿拉伯数字。在实际应用中，10～15并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。
234432显示器
按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类：
（1）半导体显示器，亦称发光二极管显示器； （2）荧光数字显示器，如荧光数码管、场致发光数字板等；（3）液体数字显示器，如液晶显示器、电泳显示器等；（4）气体放电显示器，如辉光数码管、等离子体显示板等。
如前所述，分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。因此，为了使数码管能将数码所代表的数显示出来， 必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段。例如，对于8421码的0011状态，对应的十进制数为3，则译码驱动器应使 a、b、c、d、g各段点亮。即对应于某一组数码，译码器应有确定的几个输出端有信号输出，这是分段式数码管电路的主要特点。 DCB74LS148abcdefgABCDLTLBI
七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。 它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下：
灭灯输入BI/RBO 数电课程设计
第4页 BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI＝0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入a～g均为0，所以字形熄灭。
试灯输入LT
当LT＝0时，BI/RBO是输出端，且RBO＝1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a～g均为1,显示字形8。该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。
动态灭零输入RBI
当LT＝1，RBI＝0且输入代码DCBA＝0000时，各段输出a～g均为低电平，与BCD码相应的字形0熄灭，故称“灭零”。利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。
动态灭零输出RBO
７４ＬＳ１４８功能表
BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT＝1且RBI＝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时，多个译码器之间的连接。
从功能表还可看出，对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT＝1，这时候，译码器各段a～g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。 数电课程设计
第5页 2、CC40161计数电路
计数器是一个用以实现计数功能的时序部件。它不仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时，分频和数字运算的逻辑功能。
计数器种类很多。按材料来分有TTL型及CMOS型，按工作方式来分有同步计数器和异步计数器。根据计数制的不同分为二进制计数器、十进制计数器和N进制计数器。
根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。还有可预置数和可编程功能计数器等等。
常用计数器见表2-26。经查器件手册可根据器件不同特点分别选用。
表2-26 常 用 计 数 器
类型 TTL
CMOS
十
进
制
同
步 递
增 异步清除 74160 40160
同步清除 74162
可
逆 单时钟 74168，190 4510
双时钟 74192 40192
异步 二—五—十进制 74196，90
74290
四
位
二
进
制 同
步 递
增 异步清除 74161 40161
同步清除 74163
可逆 单时钟 74169，191 4516
双时钟 74193 40193
异
步 二—八—十六进制 74197，93
74293
异
步 二—六—十二进制 7492
7位二进制 4024
12位二进制 4040
14位二进制 4060
1) 异步清除：当CR=0时Q0Q1Q2Q3=0000。 数电课程设计
第6页 2) 同步预置：当CR=1,LD=0时在CP上升沿作用下，Q0Q1Q2Q3=D0D1D2D3。。
(c) 计数：CR=1,LD=1当使能端CTP=CTT=1时，对CP脉冲实现同步计数。
(d) 锁存：当使能端ETP=0或ETT=0时，计数器禁止计数，为锁存状态。
其外引线排列图见图2-47所示，CC40161的功能表详见表2-27。
表2-27 CC40161 功能表
状态
功能 输入 输出
CR LD ETP ETT CP D3 D2
D1 D0 D31n D21n D11n D01n
清零 0 × × × × × ×
× × 0 0 0
0
置数 1 0 × × ↑ D3 D2
D1 D0 D3 D2 D1
D0
计 数 1 1 1 1 ↑ × ×
× × 计 数
保 持 1 1 0 × × × ×
× × 保 持
1 1 × 0 × × ×
× ×
(3) N进制计数器构成法 采用复位法或置位法通过在片外添加适当
逻辑即可实现任意进制计数器。 数电课程设计
第7页 234ET1ET2CRQ1Q2Q3Q4CRCC40161123VCCCP
1） 复位法 利用清除端CR构成。即当计数计到N时，例如N=10则Q3Q2Q1Q0=1010
（十进制10）时通过反馈逻辑强制计数器清零，见图2-48。该电路由于1010状态只是瞬间，工作不太可靠，因此很少采用。
2） 置位法 利用预置端LD构成。把计数器输入端D0D1D2D3全部接地。当计数器计到N－1时，例如1001（十进制9时）通过反馈逻辑使LD=0则当第十个CP到来时，计数器输出端为Q0Q1Q2Q3=0000。这样可以克服利用清除端CR构成的计数器的缺点。利用预置端LD构成的计数器见图2-49。或者利用串行进位输出CO同步预置补数的方法实现任意进制计数器，简称CO置补法。CO置补法具有通用性。使D3D2D1D0预置M，M = M－N，M则指选用计数器。即预置D3D2D1D0=0110即可。
在实际应用中，往往需要多片计数器构成多位计数状态即计数器的级联方法。级联可分为串行进位和并行进位两种。串行进位的级联电路其缺点是速度较慢。并行进位（也称超前进位）。后者 比前者的速度大大提高。
定时器电路习惯上称为555电路,这是因为内部参考电压使用了3个5KΩ的电阻分压,故取此名。555电路是一种数字和模拟混合型的中规模集成电路,它能产生时间延迟和多种脉冲信号,应用十分广泛。其电路类型有双极型(TTL型)和单极型(CMOS型)两大类,二者的电路结构和工作原理类似。TTL型产品型号最后的3位数码是555或556；CMOS型产品型号最后4位数码是7555或7556；二者
