数字电路课程设计篮球竞赛30s计时器Word文档下载推荐.docx
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附录二..........................................................14
附录三..........................................................15
前言
数字系统中，使用的最多的时序电路是计数器,计数器在生活中得到了广泛的应用。
篮球运动近几年在我国兴起，逐渐成为一种全民健身的项目。
篮球比赛中的30秒规定使得计数器再次发挥了它的功能。
本次设计中利用即为双向计时器的减计数功能完成电路的倒计时。
除了能够显示30秒倒计时外，本设计电路还具有直接清零、暂停、报警等功能。
在正规的篮球比赛中，对时间的精确度的要求较高，有时在最后的几分钟内赛事可以发生很大的逆转。
而运动员控球不可超过30秒的规定更是将比赛对时间的要求精确到了秒甚至更小的单位。
为了满足赛事对时间的要求，设计一个30秒倒计时器，通过显示倒计时，倒计时结束时发出警报帮助裁判更好的判定运动员是否违规。
通过控制电路报警，很大程度上避免了人为因素产生的误差，从而更体现了比赛中的公平公正原则。
并且，随着篮球运动的流行，这种计时器的市场十分可观。
因此，设计一个30秒倒计时器意义重大。
第一章设计任务及要求
（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。
第2章电路设计原理
本设计是脉冲数字电路的简单应用。
基本设计思路为：
利用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，即输出周期为0.1秒的方波，再将该脉冲信号加到由74LS161构即周期为1秒，接着将该信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS248把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段输出，然后直接推成动LED，显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能，光电报警用发光二极管来代替，灯亮代表报警。
如图2.1基本原理图所示，它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）五部分组成。
图2.1基本原理框图
3.1秒脉冲发生器
本设计采用555时基电路构成的多谐振荡电路（即脉冲产生电路），其原理图如图3.1.1。
U1为LM555多谐震荡电路，产生0.1秒的周期信号。
5引脚应接小电容电容，用来滤波。
4引脚是使能端，当J2断开时，接入高电平，芯片开始工作，J2闭合时，4引脚接地，芯片暂停工作。
通过计算可以确定参数的取值：
首先取C2=10uF,C1=10nF，结合T=0.7（R1+2R2）C2=0.1S（3.1.1），再假设R1=5KΩ，推知R2=5KΩ。
R18的作用是保证J2断开时，4引脚接高电平，要求阻值较大，为了方便，直接取跟R1、R2一样的阻值。
555的秒信号输出接74LS161的脉冲控制信号上，74LS161的QD到QA端接1001，经过一个与非门，与其置数端相接，成为一个模为10的环形计数器，即十分频，从而使0.1秒的信号变为1秒的周期信号。
图3.1.1秒脉冲发生器
3.2倒计时电路
30秒倒计时电路是本设计较为核心的一部分，原理图如图3.2.1。
74LS192是同步8421BCD码加/减计数器，具有直接清零、置数、加锁计数功能。
由图3.2.1可知，计数器的预置数（BCD码）应为00110000，其中U9置为0000，U8置为0011，即为十进制的30。
由于本设计中只需用到计数器的减计数功能，于是两个加计数器脉冲输入端（UP）都接在了高电平。
低位片U9的借位信号端BO加到了高位片U8的减计数脉冲输入端DAWN上，形成级联。
当U9个位要借位时，U9的BO端输出一个低电平使U8的DAWN端有效，表示十位的U8会减1。
而U9的减计数脉冲控制端DOWN是由秒脉冲发生电路连接的，即1秒减1。
U8的借位端BO通过一个与非门连到了两个计数器的清零端，与非门另一个输入端悬空，相当于接高电平。
当U8减到0时，0要向9跳边的瞬间，BO输出一个低电平信号，经过与非门后变为了高电平，清零端有效，对两块芯片清零，从而一直保持为00状态。
只有等到置数信号过来，再重新开始从30秒倒计时到0秒。
图3.2.1倒计时电路
3.3数码管驱动电路
数码管驱动电路由两片74LS248译码器和两个共阴极七段数码管LED显示器及14个200Ω的电阻组成，其原理图为图3.3.1。
通过计数器的输出加到译码器的输入，译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极数码管显示器从而实现共阴极七段LED显示器从30递减到零的计数功能。
共阴极七段LED数码管是比较常用的显示数码管，其管脚COM端一定要接地。
14个电阻起着限流保护的作用，可以进一步改进则最好加上上拉电阻，以防止驱动电流不够。
图3.3.1数码管驱动电路
3.4报警电路
报警电路利用发光二极管的单向导电性报警，其原理图为图3.4.1。
LED的阴极连接着计数器U8的BO借位端，开始时，BO一直为高电平。
当负责十位减计数的U8减到0时，BO输出会从高电平变为低电平，发光二极管会导通，因而闪烁报警。
R19的作用是限流，保护LED。
图3.4.1报警电路
3.5控制电路
控制电路要完成设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能。
控制电路总的原理图如图3.5.1。
开关J3连接着电源，在电路中起着启动的作用。
闭合J3，电路开始工作，数码管显示分两种情况：
当J1为断开时，数码管显示的是随机的一个数；
当J1为闭合时，数码管显示的是30。
而在数码管显示为30时，根据J2是否闭合，显示数会有一直维持30和开始倒计时这两种情况。
J1是置数开关，连接着U8、U9的ABCD端，其中除了U8的AB端接11外，其余都接0。
闭合J1开关，则置数30。
J2开关是控制电路中的暂停功能。
当J2闭合时，会将555芯片的使能端接地，从而秒脉冲电路不再工作，计数器没有接到减计数的脉冲也不会再减计数，电路就暂停了工作。
J2断开则4引脚又接到了高电平，芯片又能开始工作了。
图3.5.1总原理图
第四章电路仿真、安装与调试
4.1电路仿真
在初步设定了方案并画出电路图之后，利用Multisim软件进行仿真。
按照设计的原理图进行元件选择，并选定参数值及标号。
之后连接电路，检查无误后点击运行开关。
仿真结果与预期结果相吻合。
仿真总原理图见图3.5.1。
4.2电路安装与调试
安装电路时应注意元件的引脚不要剪的过短，否则一旦焊错再重新焊接时就比较困难。
在焊接过程中，应该避免虚焊、漏焊等问题。
电路安装完毕后，需经过调试以保证其正常工作。
连接电源，改变各开关的闭合、断开状态，电路的启动、暂停、置数、倒计时、报警功能均得以实现，电路控制部分没有问题，说明本次设计达到题目要求。
第五章实验总结
经过这两周的努力，我们小组设计出了成功的作品：
30秒倒计时器，外置开关直接控制置数、启动和暂停功能，易于篮球比赛中对球员持球是否超过30秒的判定。
本设计利用了555时基电路构成多谐震荡器，74LS161组成十分频，74LS192减计数，74LS248译码，数码管显示的功能相结合构成以1秒为一个计数单位递减的计时器。
通过这两周的设计，我体会到理论与实践相结合学习一门知识的重要性。
在实践过程中，学会发现问题，再想办法解决问题是一种综合能力的锻炼与提升。
积极独立思考可以让我们进步，但是两个人合作更能帮助我们快速解决问题。
在调试过程中，数码管显示异常。
开始我们以为是电路接错的问题，后来改了几处却没有效果，最后用万用表测试数码管的引脚才发现原来资料书上的引脚标注错误。
从中我了解到，教科书也是有错误的，因此在实际操作过程中，要多自己动手亲自验证。
最后数码管的问题虽然解决了，但还是没有预期的效果，我们修改了一下午也没有起色，最终去问了老师才把问题解决。
在整个过程中，我学会了更加耐心的面对所有问题，培养了严谨的科学态度，这些对我而言非常是非常宝贵的经验。
在这次设计中，从绘制电路图，仿真，到安装实际电路和调试。
整个过程都需要我们充分利用所学知识进行思考、借鉴。
可以说，这些都是针对前面所学知识的一次比较综合的检验。
总的来说，这次课设虽然有点辛苦，但是很充实，让我对脉数有了更深刻的了解与兴趣。
参考文献
[1].阎石.脉冲数字电路技术基础.北京：
高等教育出版社，2005
[2].孙人杰.电路数据手册TTL电路.北京：
电子工业出版社，1989
[3].王毓银.数字电路逻辑设计.北京：
高等教育出版社，1999
[4].唐颖.数字电路.重庆：
重庆大学出版社，2002
[5].杨志忠.数字电子技术.北京：
高等教育出版社，2000
附录一元件清单
元件
描述
数量
74LS161
1
74LS192
2
74LS248
74LS00
74LS08
LM555
芯片插槽
16脚
5
14脚
8脚
2N1132
PNP
LED
数码管
电阻
200Ω
20
5KΩ
10
电容
10uf
10nf
开关
3
万用板
60*80
附录二芯片NE555简介
NE555是时基集成电路，它在应用和工作方式上一般可归纳为3类。
每类工作方式又有很多个不同的电路。
在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：
多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。
图附3.1是NE555的内部功能原理框图，图附3.2是NE555的内部管脚图。
内部原理图
内部管脚图
附录三实物图
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