主要內容：
籃球比賽中除了有總時間倒計時外，為了加快比賽的節奏，新的規則還要求進攻方在30秒內有一次投籃動作，否則視為違例。我們小組設計了一個籃球比賽計時器，可對比賽總時間和各方每次控球時間計時。該計時器采用按鍵操作、LED顯示，非常實用。此計時器也可作為其他球類比賽的計時器。
通過脈沖發動器以及計數顯示等電路系統完成籃球競賽的30s計時，可以啟動與退出，中途暫停與繼續，清零重新計時，以及重置30s計時，在倒計時完畢后顯示00并發出閃光和鳴叫警報，輔助比賽秩序順利進行。
基本要求：
（1） 具有30s計時功能
（2） 設置外部操作開關，控制計數器的直接清零、啟動和停止功能
（3） 在直接清零時，要求數碼顯示器滅燈
（4） 計時器為30s遞減計時，計時間隔為1s
（5） 計時器遞減計時到零時，數碼顯示器不能滅燈，同時發出光電報警信號
（6） 暫停和連續計數功能。當暫停后需要繼續計數時，計數器繼續累積計數
參考資料
[1]胡成松，黃玉蘭，李文紅．C語言程序設計．北京：機械工業出版社，2015
[2] 雷于生，胡成松．C語言程序設計．北京：高等教育出版社，2009
目 錄
1序言 1
2設計任務及要求 1
3設計方案 1
4各個電路的功能分析 2
4.1脈沖發生器（555定時器） 2
4.1.1 用555定時器構成多諧振蕩器 2
4.1.2 用555定時器構成施密特觸發器 3
4.1.3 用555定時器構成單穩態觸發器 4
4.2 計數器（74LS192） 5
4.3譯碼顯示電路（74LS48,7SEG-BCD） 6
4.4 控制及警告電路（啟動/停止等） 9
5電路總圖 10
5.1電路總圖 10
5.2電路實物焊接圖 11
6心得體會 11
7參考文獻 12
1序言
籃球比賽中除了有總時間倒計時外，為了加快比賽的節奏，新的規則還要求進攻方在30秒內有一次投籃動作，否則視為違例。我們小組設計了一個籃球比賽計時器，可對比賽總時間和各方每次控球時間計時。該計時器采用按鍵操作、LED顯示，非常實用。此計時器也可作為其他球類比賽的計時器。
2設計任務及要求
（1）具有30s計時功能
（2）設置外部操作開關，控制計數器的直接清零、啟動和停止功能
（3）在直接清零時，要求數碼顯示器滅燈
（4）計時器為30s遞減計時，計時間隔為1s
（5）計時器遞減計時到零時，數碼顯示器不能滅燈，同時發出光電報警信號暫停和連續計數功能。當暫停后需要繼續計數時，計數器繼續累積計數
3設計方案
本設計的核心是一個30s計時器，根據要求要將計時進行實時顯示，同時達到設計任務中的清零、重置、報警等各項要求。初時確定課題后，是沒有什么頭緒的，想法就是通過元器件以秒為單位發出脈沖，并計次顯示，如此大致思路。結合目前學習中的知識，定時器、計數器、7段譯碼器以及7段顯示器首先成為選擇，翻閱了數電書后，簡單繪圖大致思路即定型，方案初步可行。細節性的東西再結合往期知識來完成，設計課題大致不會有問題，借此機會加深對各個元器件的了解和運動，來完成課題設計。
電路系統應包括幾個部分，分別為：脈沖發生器、計數器、譯碼器、顯示電路、控制系統以及報警系統幾個主要部分來完成。其中計數顯示是電路的核心部分。計數器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數器的啟動計數、暫停、連續計數、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號之間的時序關系。在操作直接清零開關時，要求計數器清零，數碼顯示器顯示零。當啟動開關閉合時，控制電路應封鎖時鐘信號CP，同時計數器完成置數功能，譯碼顯示電路顯示30s字樣；當啟動開關斷開時，計數器開始計數；當暫停、連續開關撥在暫停位置上時，計數器的停止計數，處于保持狀態；當暫停、連續開關撥在連續時，計數器繼續遞減計數。
其設計思路及各電路單元大致如下：
由基本電源供電，通過對電源的開關選擇來達到整個計數工具的開啟與關閉。脈沖發生器以秒為單位發出脈沖信號，并配以開關控制與電源的接觸達到脈沖波的暫停與繼續。通過計數器進行脈沖計數，并根據計數，自動鳴叫，閃光。通過控制電路，對計數器進行清零和置數控制。計數器的數字信號，通過譯碼器以及最后的數字顯示器，達到計數顯示的最終設計目的。
4各個電路的功能分析
4.1脈沖發生器（555定時器）
555定時器是一種中規模集成電路，利用它可以方便的構成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器等。555定時器具有功能強、使用靈活、應用范圍廣等優點。目前在儀器、儀表和自動化控制中得到了廣泛的應用。
555定時器有TTL/COMS型兩類，它們的邏輯功能和外部引腳排列完全相同。它是雙列直插式組件，它由分壓器、電壓比較器、基本RS觸發器、放電管和輸出緩沖級幾個基本單位組成。主要是通過外接電阻R和電容C構成充放電電路，并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關管的通斷。這就很方便地構成從微秒到數十分鐘的延時電路、以及多諧振蕩器、單穩態觸發器、施密特觸發器等脈沖波形產生和整形電路。
555為8腳時基集成電路如圖4-1所示，各腳主要功能：
1 接地GND 2 低觸發端TR
3 輸出端OUT 4 復位端R
5 控制電壓CV 6 高觸發端TH
7 放電端DC 8 電源電壓VCC
圖4-1 555芯片引腳圖
4.1.1 用555定時器構成多諧振蕩器
用555定時器構成多諧振蕩器電路如圖4.1.1-1所示，電路沒有穩態，只有兩個暫穩態，也不需要外加觸發信號，利用電源VCC通過R1和R2向電容器C充電使Uc逐漸升高，升到2VCC/3時，U0跳變到低電平，放電端D導通，這時，電容器C通過電阻R2和D端放電，使Uc下降，降到VCC/3時，U0跳變到高電平，D端截止，電源VCC又通過R1和R2向電容C充電。如此循環，振蕩不停，電容器C在VCC/3和2VCC/3之間充電和放電，輸出連續的矩形脈沖如圖4.1.1-2所示。
輸出信號U0的脈寬tW1、tW2、周期T的計算公式如下：
tW1=0.7（R1+R2）C
tW2=0.7R*2C
T=0.7（R1+2R2）C
本次設計的核心之一便是555多頻振蕩器，設計選用555多頻振蕩器來做為計時器并以1s為周期發出的脈沖。其周期計算為：
0.7（R1+2R2）C=T=1s=0.7(4.4kΩ+2*5kΩ)100uF
得出多頻振蕩器各輔助器件參數R1=4.4kΩ，R2=5kΩ，C=100uF，連接電路，多頻振蕩
器即脈沖發生器完成。
圖4.1.1-1：多諧振蕩器電路 圖4.1.1-2：電容器C充放電波形圖
4.1.2 用555定時器構成施密特觸發器
用555定時器構成施密特觸發器如圖4.1.2-1所示。將2管腳和6管腳連在一起作為信號輸入端即可在輸入端外接三角波Ui，當Ui上升到2VCC/3時，輸出U0從高電平翻轉為低電平；當Ui下降到VCC/3時，輸出U0從低電平翻轉到高電平。施密特觸發器將輸入的三角波整形為矩形波輸出。電路的工作波形如圖4.1.2-2所示:
圖4.1.2-1：555定時器構成施密特觸發器 圖4.1.2-2：電路的工作波形
4.1.3 用555定時器構成單穩態觸發器
用555定時器構成單穩態觸發器電路如圖4.1.3-1所示R、C時定時原件。輸入脈沖信號Ui加于2管腳。輸入觸發信號Ui的有效電平是低電平，當Ui處于高電平時，放電端D導通，Uc和U0均為低電平，電路為穩態。當輸入觸發信號Ui的下降沿到來時刻，2管腳點位瞬間低于VCC/3，使輸出U0變為高電平，放電段D截止，電源VCC通過電阻R向電容器C充電，使Uc按指數規律上升，電路為暫穩態。當Uc上升到2VCC/3時，使輸出Uo變為低電平，D端導通，電容器C經D端迅速放電，暫態結束，自動恢復到穩態，為下一個觸發脈沖的到來最好準備如圖4.1.3-2所示。
輸出脈寬tW是暫穩態的持續時間為 tw=1.1RC
此電路要求輸入信號的負脈沖寬度一定要小于tW。
圖4.1.3-1：555定時器構成單穩態觸發器 圖4.1.3-2：輸入脈沖信號的波形
4.2 計數器（74LS192）
計數器是一個用以實現計數器功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進行計數，還常用作數字系統的定時、分頻和執行數字運算以及其他特定的邏輯功能。
74LS192為可預置的十進制同步加/減計數器（雙時鐘），其清除端是異步的。當清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（CPD、CPU）狀態如何，即可完成清除功能；預置是異步的，當置入控制端（PL）為低電平時，不管時鐘CP的狀態如何，輸出端（Q0-Q3）即可預置成與輸入端（P0-P3）相一致的狀態，計數是同步的，靠CPD.CPU同時加在4個觸發器上而實現。在CPD,CPU上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了同步計時器中出現的技術尖峰。當進行加計數或減計數時可分
別應用CPD或CPU。此時另一個時鐘應為高電平。當計數上溢出時，進位輸出端（TCU）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖，當計數下溢出時，錯位輸出端（TCD）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。當把TCD和TCU分別連接后一級的CPD,CPU，即可進行級聯。
74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數器
CPU為加計時器時鐘輸入端，CPD為減計數器時鐘輸入端。
LD為預置輸入控制端，異步預置。
CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。
C0為進位輸出端，1001狀態后負脈沖輸出。
B0為借位輸出端，0000狀態后負脈沖輸出。
引出端符號
TCD 錯位輸出端（低電平有效）
TCU 進位輸出端（低電平有效）
CPD 減計數時鐘輸入端（上升沿有效）
CPU 加計數時鐘輸入端（上升沿有效）
MR 異步清除端
P0-P3 并行數據輸入端
PL 異步并行置入控制端(低電平有效)
Q0-Q3 輸出端
圖4.2-1：74LS192實際芯片引腳圖 圖4.2-2：三進計數器
因其本質即十進制計數器，清零置數減法等功能完善符合設計要求，故選用兩片74LS192芯片對脈沖信號進行計數。兩片芯片分別計數十位和個位，置數端，個位置數為0，十位置數為3，即30S倒計時開始。DN端接入555多頻振蕩器的脈沖信號，UP端接高電平，TCD端空接來達到減計數的效果。Q端信號輸出給譯碼器進行譯碼顯示。TCD端借位信號接入十位片的DN端進行十位的減法計數，兩片互相配合完成兩位數30S的計數。兩片芯片PL端同接入控制電路置數開關進行控制，兩個MR端同接入控制電路清零開關進行清零控制。
4.3譯碼顯示電路（74LS48,7SEG-BCD）
用數碼管來顯示數字，這種數碼管的每個線段都是一個發光二極管如圖4.3-1所示，因此也稱LED數碼管或LED七段顯示器。因為計算機輸出的是BCD碼，要想在數碼管上顯示十進制數，就必須把BCD碼轉換成7段字形數碼管所要求的代碼。我么們能夠將計算機輸出的BCD碼轉換成7段字型代碼，并使數碼管顯示出十進制數的電路稱為“七段字型譯碼器”，因此在本次的設計中我們采用了常用的74LS48如圖4.3-2所示。
圖4.3-1：LED數碼管 圖4.3-2：74LS48芯片
在數字測量儀表和各種數字系統中，都需要將數字顯示出來，一方面直接供人們讀取測量和運算的結果，另一方面用于監視數字系統的工作情況。因此嗎，數字顯示電路是許多數字設備不可缺少的部分。數字顯示電路通常由譯器、驅動器、和顯示器等部分構成。
數字顯示器是用來顯示數字、文字、或符號的器件，現在已有多種不同類型的產品，廣泛用于各種數字設備中，目前數碼顯示器正朝著小型、低功耗、平面化方向發展。
數碼的顯示方式一般有三種：第一種是字型重疊式，它是將不同字符的電極重疊起來嗎，要顯示某字符，只須使相應的電極發亮即可，如輝光放電管，邊光顯示管等；第二種是分段式，數碼是由分布在同一平面上若干段發光的筆劃組成，如熒光數碼管等；第三種是點陣式，它由一些按一定規律排列的可發光的點陣組成，利用光點的不同組合便可顯示不同的數碼，如場致發光記分牌。數字顯示方式目前以分段式應用最為普遍，下圖表示七段式數字顯示器利用不同發光段組合方式，顯示0～15等阿拉伯數字。在實際應用中，10～15并不采用，而是2位數字顯示器進行顯示。電路圖如圖4.3-3所示。
圖4.3-3：十進計數器
如前所述，分段式數碼管是利用不同發光段組合的方式顯示不同數碼的。因此，為了使數碼管能將數碼所代表的數顯示出來，必須將數碼經譯碼器譯出，然后經驅動器點亮對應的段。例如，對于8421碼的0011狀態，對應的十進制數為3，則譯碼驅動器應使a、b、c、d、g各段點亮。即對應于某一組數碼，譯碼器應有確定的幾個輸出端有信號輸出，這是分段式數碼管電路的主要特點。
74LS48為4線-七段譯碼器/驅動器(BCD輸入。有上拉電阻)，其輸出端為高電平有效，可驅動燈緩沖器或共陰極VLED。當要求輸出0-15時，消隱輸入（BI）應為高電平或開路，對于輸出為0時還要求脈沖消隱輸入（RBI）為高電平或者開路。當BI為低電平時。不管其他輸入端狀態如何，Ya-Yg均為低電平。當RBI和地址端均為低電平，并且燈測試輸入端（LT）為高電平時，Ya-Yg為低電平，脈沖消隱輸出（RBO）也變為低電平。當BI為高電平或開路時，LT為低電平可使Ya-Yg均為高電平。48與248的引出端排列、功能和電特性均相同，差別僅在顯示6和9,248所顯示的6和9比48多出上杠和下杠。74LS48引腳功能如表4.3-1所示。
引出端符號：
A-D 譯碼地址輸入端
BI/RBO 消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）
LT 燈測試輸入端（低電平有效）
RBI 脈沖消隱輸入端（低電平有效）a-g段輸出
將兩個芯片的使能段同接入高電平使兩組譯碼顯示能夠正常運行工作，實時傳遞計數器的計數信號，達到30s可視計數的效果。
表4.3-1：74LS48引腳功能
4.4 控制及警告電路（啟動/停止等）
當計數器74LS192的清零端MR=1有效時，即可實現對電路清零；而當清零端無效，置數端PL=0有效時，即可實現對電路的置數；通過開關對555脈沖發生器輸入端電源的進行控制，即可實現對整個電路進行暫停計時，為減小開關按鍵產生的機械抖動對計時電路的影響，應接-RS鎖存器；當十位計數器74LS192的借位輸出端有效時，即可實現報警。
具體實施如下：
啟動/暫停：通過對電源的控制，進行電路總啟動停止的控制如圖4.4-1所示。
暫停/繼續：通過對555多頻振蕩器的電源控制，達到對脈沖的暫停/繼續控制。
清零：通過按鈕開關將兩片計數器MR清零端接入高電平達到清零效果如圖4.4-2所示。
置數：通過單刀雙擲開關，將兩片計數器的PL置數端接地達到低電平清零效果。報即鳴叫，閃光，歸零。當TCD輸出借位信號，即表示計數完畢，為使示數停留00并發出警報，接入一JK鎖存器，鎖存TCD借位信號并將jK端高電平信號傳達至MR端達到清零效果以及LED/喇叭端達到閃光鳴叫的報警效果，并通過JK鎖存器的翻轉效果，使得Q和非兩輸入端電平的恢復為下一次計數報警做準備，通過按鈕開關的清零效果也可以達到翻轉jk鎖存器為下次警報做準備的效果如圖4.4-2所示。
圖4.4-1：啟動 圖4.4-2：暫停/繼續
5電路總圖
5.1電路總圖
圖5-1：電路總圖
5.2電路實物圖與焊接圖
6心得體會
在本次的課程設計中通過自己選題，找材料，分析，設計等，也掌握了一些軟件的操作方法，這為以后的學習做了鋪墊。整個設計實現了從單一的理論學習到解決實際問題的轉變。通過本次的課程設計，我最大的收獲是提高了自己的動手能力，培養了我的尋求解決問題的能力和團隊精神也增強了我其他方面的能力。在設計中，我充分應用我們所學的知識，例如：集成電路74LS系列、定時器555等元器件的使用。這次事件使我受益匪淺，在摸索該如何設計電路使之實現所需功能的過程中，特別有趣，培養了我的設計思維增強了我的實際操作能力。增強了我的實際操作能力。在讓我體會到設計電路艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。這次設計所用的工具是Proteus，仿真比較方便，使設計的質量得到了保證。
課程設計提高我的綜合動手能力和工程設計能力，它使我的理論知識得到了綜合應用，培養我綜合運用所學理論的能力和解決較復雜的實際問題的能力。
電子技術發展呈現出系統集成化，自動化，設計自動化，用戶專業化和測試智能的優勢，作為一個大學生。我們必須時代的發展，這使我們必須要擴展自己的知識，并利用計算機來輔助分析和設計，這對我們是有益的。
課程設計的自主設計、學習和研究過程中，通過寫課程設計的聲息結報告，初步訓練我的書面表達能力。組織邏輯能力，這些技能應用性強，對我的將來就業和進一步發展幫助較大。同時也加強了對課本知識的理解，使我們做到理論和與實際的聯系，收獲很大。并且我也深深地體會到自己所學知識的不足，激發了我的自學能力和應對桃戰的能力。為今后學習打下了良好的基礎，培養了我們嚴謹務實，戒驕戒躁的作風。
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