篮球竞赛30秒计时器设计 第2页
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。
二：关键字—计时器 光电报警 模块化
三：基本电路组成
一、秒脉冲发生器——产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准，本电路采用555集成电路构成。
二、计数器——完成30秒计时的功能。
三、译码显示电路——用74LS48和共阴极七段LED显示器组成。
四、控制电路——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。
五、电路报警电路——用发光二极管组成。
该上图包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等五个部分。其中计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30秒计时功能，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与灭灯、定时时间到报警等功能。为了保证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，要求计时器清零，数码显示灭灯。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP（秒脉冲信号），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，计数器继续累计计数。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。
四： 单元电路功能及原理
1.秒脉冲发生器
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Ra.Rb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Rb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Ra。Rb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=(Ra+ Rb)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(Ra+ Rb)C
tw2 ： Uc (0) = 2Vcc /3 V、 Uc (∞) =0V、 t1= RbC、
当t= tw2时，Uc(tw2) =Vcc /3代入公式。于是可解出
tw2=0.7RbC
振荡周期T = tw1+tw2=0.7 ( Ra + 2Rb) C =1 (s)
2.计数器
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。
74192功能表：
输 入 输 出
R CP+ CP- D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3
1 X X X X X X X
0 0 X X I0 I1 I2 I3
0 1 ↑ 1 X X X X
0 1 1 1 X X X X
0 1 1 1 X X X X 0 0 0 0
I0 I1 I2 I3
加计数
减计数
保持
3.显示电路
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