篮球计数30秒计数器

课程设计说明书课程设计名称：数字电子技术基础课程设计题目：篮球竞赛30S计时器学院名称：专业：班级：学号：姓名：评分：教师：20 12 年 10 月 19 日数字电子技术基础课程设计任务书20 12 －20 13 学年第一学期第 6 周－ 7 周Array注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档摘要现代社会篮球风靡全球，各种各样的篮球比赛吸引了非常多的球迷观看，越来越多的人迷上了篮球这项极具魅力的运动。

篮球已成为年轻人特别是大学生不可缺少的运动之一。

随着篮球的普及，篮球竞赛的需要，篮球竞赛30S计时器的设计成为可能。

本课题采用的是基于74LS192的双时钟加、减同步可逆计数器来实现倒计时功能。

此计时器不仅具有倒计时功能，还具有置数、暂停、继续、位数调整的功能，非常适合于现在的篮球比赛。

篮球30s计时器是由脉冲产生电路、计时电路、译码显示电路、报警电路、控制电路构成。

脉冲产生电路是由555定时器组成的多谐振荡器构成；译码显示电路通过74LS48芯片进行译码并驱动数码管显示；报警电路是由发光二极管、74LS04非门、74LS00与非门构成；控制电路是由单刀双掷开关，按键开关构成。

借助Protues仿真软件对脉冲产生电路、计时电路、译码显示电路、报警电路进行了性能与功能仿真，通过仿真分析验证了设计的正确性，达到了设计的预期目的。

关键词：555定时器；计数芯片；LED目录前言 (1)第一章设计内容及要求 (2)1.1 设计的基本原理 (2)1.2 设计要求 (2)第二章系统组成及工作原理 (3)2.1 系统组成 (3)2.2 工作原理 (6)第三章方案比较 (13)3.1 方案一 (13)3.2 方案二 (13)3.3 方案分析与比较 (14)第四章参数计算、器件选择 (15)4.1 参数计算 (15)4.2 器件选择 (15)第五章系统调试及测试结果分析 (16)5.1 系统调试 (16)5.2 硬件调试 (17)5.3 测试结果与分析 (17)实验小结及心得体会 (19)参考文献 (20)附录一 (21)附录二 (22)前言随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活不可缺少的一部分，特别是在各种竞技运动中，计时器成为检验运动员成绩的一个重要工具。

电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。

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了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：显示30秒倒计时功能；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；在直接清零时，数码管显示器灭灯；计时器为30秒递减计时其计时间隔为1秒；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。

同时本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30秒计时器。

此计时器功能齐全，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。

此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。

本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的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。

此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。

在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。

此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。

第一章设计内容及要求1.1设计的基本内容设计一个篮球竞赛30S计时器，基本要求是：1)具有显示30S计时功能；2)设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能；3)在直接清零时，要求数码显示器灭灯；4)计时器为30S递减计时，计时间隔为1S；5)计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。

1.2设计要求具有显示30秒计时功能，利用两个74LS192的连线可达到要求。

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：正常情形下，计时器在30S递减计时。

按下清零开关，数码显示系统直接清零；闭合启动开关，显示系统变为30，再断开则继续开始递减计时；断开连续开关，闭合暂停开关，计时停止；断开暂停开关，闭合连续开关，则计时继续。

在直接清零时，要求数码管显示器灭灯。

计时器为30秒递减计时，其计时间隔为1秒，利用555振荡器，通过频率计算公式可得。

计时器递减计时到零时，数码显示器不会灭灯，同时发出光电报警信号。

第二章系统组成及工作原理本课题设计的篮球竞赛30s计时器由脉冲波形产生电路、计时电路、译码显示电路、报警电路、控制电路等五个模块构成。

计时电路接收脉冲信号后开始计数，通过译码显示电路显示出来，同时报警电路和控制电路起着报警和控制的功能。

2.1系统组成2.1.1脉冲波形产生电路计数器要正常计数，则需要一个正确稳定的脉冲信号输入，产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准，但本设计对此信号的要求并不是太高，电路可以采用NE555计时器来完成。

555电路如图2.1.1，其中管脚6和管脚2接在一起，构成一个多谐振荡电路。

3作为输入信号输入整个电路。

另外该电路是仿真实验所得，在实际操作中，R1和R2分别是用51k、47k的电阻代替，而电解电容换成了1uf。

图2.1.1多谐振荡电路2.1.2控制电路如图2.1.2.1：图2.1.2.1完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/继续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。

此控制电路可以完成以下四项功能：（1）、操作“清零”开关，要求计数器清零，将两片74ls192芯片的MR14管脚接在一起接地，然后再用开关控制，实验室缺少单刀双掷开关，因此采用的是按键开关，因此电路进行递减计数时必须长时间按着按键开关，以保证正常递减计数。

断开即清零。

（2）、闭合“启动”开关SW1（与R6串联的开关），计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。

（3）、当“暂停/连续”开关处于“暂停”时，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继递减计数，正常情况下即递减计数时与R3并联的开关SW2断开；当暂停时，SW2闭合，此时显示器及共阴数码管上的示数不变。

（4）、当计数器递减计数到零时，报警电路发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时灯亮报警。

如下图2.1.2.2:图2.1.2.2上图中74ls04的2、4通过74ls04与非出来的结果从04芯片3端口输出，低电平使发光二级管正常工作，灯亮立即报警，否则不亮。

2.1.3计数器—完成30S计时功能如下图：图2.1.3.1它是由两片74LS192的8421BCD码递减计数器构成。

74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。

当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的CP+端，端接到下一级的CP-端即可。

此计数器预置数为（0011 0000）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。

2.1.4译码显示电路如下图：图2.1.4.1译码显示电路的功能是将计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。

用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。

74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。

2.2工作原理该电路包括秒脉冲发生器、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。

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等功能。

整个系统框图如下：图2.2.1 30s计时器总方案框图图2.2.2总原理图图2.2.3 多谐振荡器波形及接法图2.2.4 555的内部结构和引脚图555各引脚的具体功能如下：1接地端GND；2触发输入端；3输出端；4复位端；5控制电压端；6门限(阈值)端；7放电端；8电源电压VCC。

理论分析与参数计算：1.多谐振荡器用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟秒脉冲。

555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1、R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C 放电终止，Vcc 通过R1。

R2又开始充电；周而复始，形成振荡。

则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。

输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：tw1 ： Uc (0) = Vcc /3 V 、Uc (∞) =Vcc 、 t1=(R1+ R2)C 、当t= tw1时，Uc(tw1) =2 Vcc /3代入三要素方程。

于是可解出tw1=0.7(R1+ R2)Ctw2 ： Uc (0) = 2Vcc /3 V 、 Uc (∞) =0V 、 t1= R2*C 、当t= tw2时，Uc(tw2) =Vcc /3代入公式。

于是可解出tw2=0.7R2C振荡周期T = tw1+tw2=0.7 ( R1 + 2R2) C =1 (s)因此选择R1=5.1K Ω，R2=4.7K Ω，C=10uf ，所以有：()Hz f 101010104.91.543.163555≈⨯⨯⨯+=- 2.计数器图2.2.5 74LS192管脚图CPU 为加计数时钟输入端，CPD 为减计数时钟输入端。

PL 为预置输入控制端，异步预置。

MR 为清除端。

TCU 为非同步进位输出，TCD 为非同步借位输出，P1、P2、P3、P4为地址输入端，Q1、Q2、Q3、Q4数据输出端。