数电课程设计 30S计时器

数字电路课程设计报告

题目：篮球竞赛30s计时器

专业：电气工程及其自动化

班级：09电气（6）班

姓名：张泽雄

学号:200930084754

同组队员：徐英谋黄有义何耀成陈泽汉邹迪日期：2011年6月24日

目录

一、设计目的 (2)

二、设计要求和设计任务 (2)

2.1设计要求 (2)

2.2设计任务 (2)

三、总体框图设计、 (3)

四、功能模块设计和原理说明 (3)

4.1设计原理 (3)

4.2设计方案 (3)

4.3单元模块 (4)

4.3.1时钟模块 (4)

4.3.28421BCD码递减计数器模块 (5)

4.3.3控制模块 (7)

4.3.4译码显示模块 (8)

五、总电路图程序说明 (10)

六、电路仿真与调试 (11)

6.1启动、暂停、置数 (11)

6.2倒计时功能 (11)

6.3报警功能 (12)

七、总结 (13)

一、设计目的

现代社会电子计数器在许多领域中均得到普遍应用，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。

篮球作为一项全民健身项目，已有一定的历史。在中国，篮球很盛行，篮球比赛也日趋职业化。篮球比赛中有一项违例时间要用倒计时器，目前多数采用的是24秒制，但随着篮球制度的改革将会采用30秒制。有需要就会有市场，因此设计一款30秒计时器是非常有必要也非常有前景的。

该款计时器是在原来的基础上把24秒制改为30秒制。该计时器要有递减计时及报警功能。因此符合比赛中违例判罚的需要。

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。

整个电路的设计借助于proteus7.7仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在proteus7.7下设计和进行仿真，得到了预期的结果。

二、设计要求和设计任务

2.1设计要求

(a)具有30s计时功能，并且能够实时显示计数结果

(b)设有外部操作开关，控制计数器实现直接清零、启动以及暂停/连续工作等操作。

(c)计时器为30s递减计时计时间隔为1s。

(d)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。

2.2设计任务

（1）根据要求设计电路原理图并分析各单元电路的功能。

（2）熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能。

（3）进行电路的仿真、调试，改进直到电路能达到规定的设计目标。

(4)写出完整、详细的课程设计报告。

三、总体框图设计、

四、功能模块设计和原理说明

4.1设计原理

设计方案包括秒脉冲发生器、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30秒倒计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的清零，启动和暂停/连续功能、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能。为满足设计要求，设计控制电路及控制开关时，应该正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。当启动按钮开关时，辅助控制电路应该封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s 字样，计数器开始进行递减计数；当暂停/连续开关闭合（即拨到暂停位置）时，计数器停止计数，处于保持状态；当断开时，计数器继续递减计数。当开关闭合与高位那片74LS192的借位端连接时，计数器正常计数。且当计数器递减计数到零时（即定时时间到），控制电路发出报警信号。

4.2设计方案

用555时基电路构成的多谐振荡器来产生周期为1秒的脉冲，接着将该信号送到计数译码显示译码显示

译码驱动译码驱动

脉冲信号光电报警

控制电路

计数器

计数器

器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，然后直接推成的十分频器上，这样由74LS161后输出的脉冲频率为1Hz，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，灯长亮代表报警。

4.3单元模块

4.3.1时钟模块

采用555构成的多谐振荡电路（即脉冲产生电路），其内部管脚图如下图3.通过计算可以确定参数的取值：R1=51KΩ，R2=47KΩ,C2=1.0uF,C1=10nF.因此产生的脉冲周期为：T=0.7(R1+2R2)C2=0.1s,之后经过74LS161用异步清零法十分频，使得74LS161输出的脉冲周期为1s

图1脉冲电路

芯片555

555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来

经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体，如图1所示。

电路封装图如下

图2555集成电路封装图

4.3.28421BCD码递减计数器模块

74LS192是一块同步8421BCD码加/减计数器，具有直接清零、置数、加锁计数功能。计数器选用汇总规模集成电路74LS192进行设计比较简便。74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器，CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端，LD为预置输入控制端，异步预置，CR为复位输入端，高电平有效，异步清除，CO为进位输出：1001状态后