篮球竞赛30秒计时器-数电课程设计

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。

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。

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RBO７４ＬＳ１４８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。

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1) 异步清除：当CR=0时Q0Q1Q2Q3=0000。

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(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。

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；二者的逻辑功能和管脚排列完全相同,易于互换。

555芯片和7555芯片是单定时器,556芯片和7556芯片是双定时器。

双极型的电源电压V CC ＝＋5V ～＋16V , 单极型的电源电压V DD ＝＋3V ～＋18V 。

它含有3个分压电阻和两个高、低电平比较C 1、C 2,一个基本RS 触发器，一个放电开关管T 。

高电平比较器C 1的同相输入端参考电平为2V CC /3,低电平比较器C 2的反相输入端的参考电平为V CC /3,C 1与C 2的输出端控制基本RS 触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号自6管脚输入并超过参考电平2V CC /3时,触发器置0，定时器的输出端3管脚输出低电平,同时放电开关管导通；当输入信号自2管脚输入并低于V CC /3时,触发器置1,定时器的3管脚输出高电平,同时放电开关管截止。

D R 是直接复位端,当D R ＝0,定时器输出低电平。

平时D R 端开路。

VC 是外接控制电压输入端(5管脚),当VC 外接一个输入电压U VC 时,则改变比较器的参考电压(U T+＝U VC , U T-＝U VC /2)；不接外加电压时,通常接一个0.01µF 的电容器到地,起滤波作用,以消除外来干扰,确保参考电平的稳定。

T 为放电管,当T 导通时,将给接于7管脚的电容器提供放电通路。

3、555定时器555定时器主要是通过外接电阻R 和电容器C 构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。

这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。

（1）用555定时器构成多谐振荡器：用555定时器构成多谐振荡器电路如图2.8.2(a)所示。

电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源V CC 通过R 1和R 2向电容器C 充电,使u C 逐渐升高,升到2V CC /3时,u O 跳变到低电平,放电端D 导通,这时,电容器C 通过电阻R 2和D 端放电,使u C 下降,降到V CC /3时,u O 跳变到高电平,D 端截止,电源V CC 又通过R 1和R 2向电容器C 充电。

如此循环,振荡不停, 电容器C 在V CC /3和2V CC /3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图2.8.2(b)所示。

输出信号u O 的脉宽t W1、t W2、周期T 的计算公式如下:t W1＝0.7(R 1＋R 2)Ct W2＝0.7R 2CT ＝t W1＋t W2＝0.7(R 1＋2R 2)C(2)用555定时器构成施密特触发器：用555定时器构成的施密特触发器如图2.8.3(a)所示。

将2管脚和6管脚连在一起作为信号输入端即可。

在输入端外接三角波u i ,当u i 上升到2V CC /3时,输出u O 从高电平翻转为低电平；当u i 下降到V CC /3时,输出u O 从低电平翻转为高电平。

施密特触发器将输入的三角波整形为矩形波输出。

电路的工作波形如图2.8.3(b)所示。

回差电压电压△u ＝32V CC －31V CC ＝31V CC 如图所示：（a ）u tu V 32V 31u i u o数电课程设计（3）用555定时器构成单稳态触发器：用555定时器构成单稳态触发器电路如图2.8.4(a)所示。

R 、C 是定时元件。

输入脉冲信号u i 加于2管脚。

输入触发信号u i 的有效电平是低电平,当u i 处于高电平时,放电端D 导通,u C 和u O 均为低电平,电路为稳态。

当输入触发信号u i 的下降沿到来时刻,2管脚电位瞬间低于V CC /3,使输出u O 变为高电平,放电端D 截止, 电源V CC 通过电阻R 向电容器C 充电,使u C 按指数规律上升,电路为暂稳态。

当u C 上升到2V CC /3时,使输出u O 变为低电平,D 端导通,电容器C 经D 端迅速放电,暂态结束,自动恢复到稳态,为下一个触发脉冲的到来作好准备。

波形图如2.8.4(b)所示输出脉宽t W 是暂稳态的持续时间为 t W ＝1.1RC 此电路要求输入信号的负脉冲宽度一定要小于t W4、74LS192计数器计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。

计数器的种类很多。

按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分有：同步计数器和异步计数器；根据计数进制的不同分为：二进制、十进制和任意进制计数器 ；根据计数的增减趋势分为：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。

目前，TTL 和CMOS 集成计数器都有较齐全的品种。

ou i（a ）u u V 32u V 31（b ）74LS192具有下述功能：①异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000②②异步置数：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0③保持：CR=0，LD=1，CP U=CP D=1,Q3Q2Q1Q0保持原态④加计数：CR=0,LD=1，CP U=CP，CP D=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数⑤减计数：CR=0,LD=1，CP U=1，CP D= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数利用集成计数器芯片可方便地构成任意（N）进制计数器。

方法：①反馈归零法：是利用计数器清零端的清零作用，截取计数过程的某一个中间状态控制清零端，使计数器由此状态返回到零重新开始计数把模数大的计数器改成模数小的计数器。

关键是清零信号的选择与芯片的清零方式有关。

异步清零方式以N作为清零信号或反馈识别码，其有效循环状态为0～N-1；同步清零方式以N-1作为反馈识别码，其有效循环状态为0～N-1。

还要注意清零端的有效电平，以确定用与门还是与非门来引导。

②反馈置数法：是利用具有置数功能的计数器，截取从N b到N a之间的N个有效状态构成N进制计数器。