篮球30秒计时器数电设计汇总

1、数电课程设计题目名称： 篮球 30 秒计时器姓 名：学 号：系 别： 电子信息工程系班 级： 电子信息工程（ 1 ）班 指导老师：完成时间： 2013 年 1月 3日目录封面 0摘要 . .2 目录 2 第一章 概述 2 第二章 技术性能指标 2 第三章 分析技术要求及选择方案 4 第四章 仿真图 4 第五章 单元电路的设计 4 第六章 总电路原理图 13 第七章 总结和体会 14摘要计时器在人类生活中有着非常重要而广泛的应用， 古时候人们就开始用沙漏 和水漏做定时工具， 随着科技和社会的发展， 人们开始用全新的方法来改造计时 器以达到准确计时的目的。 篮球竞赛计时器就是一种典型的计时器的应用

2、。 在篮 球比赛中规定球友持球的时间不能超过 30 秒，否则就是犯规。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进行 30 秒限制， 一旦球员持球的时间超过了 30 秒，它将自动报警从而判定刺球员的犯规。本文 设计用的是实现以中小规模集成电路设计计时器的方法， 它是一种典型的数字电 路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。 它是由时钟脉冲产生电路、 计数电路、 译码驱动及显示电路、 报时电路及电源电路组成。 时钟脉冲采用 555 定时器构成 多谐振荡电路产生，通过 EDA软件 Multisim10 绘制了电子电路仿真原理图，并 进行仿真，同时用万能板焊接制

3、作了硬件实现电路。第一章 概述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 30 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、 显示，非常实用。此计时器也可作为其他球类比赛的计时器。第二章 技术性能指标篮球竞赛 30s 计时器(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

4、号。第三章 分析技术要求 ， 选择技术方案（1） 根据设计要求，得到篮球 30 秒计时器总体方案框图脉冲发生CLK计数器K1K2控制电路显示译码电路报警电路设计思路：篮球 30 秒计时器包括秒脉冲发生器，计数器，译码显示器，辅 助时序控制电路和报警电路等。 其中计数器和控制电路事系统的主要部分。 计数 器完成 30 秒计时功能，控制电路完成计数器的启动、暂停 /连续计数。为保证系 统的设计要求， 在设计控制电路时， 应正确处理各个信号间的时序关系。 当启动 开关 K7 闭合（低电平）时，计数器完成置数功能，译码显示电路显示 30 秒字 样；当启动开关 K7 断开（高电平）、K8 断开（高电平）

5、时，计数器开始计数， 当 K8 为闭合（低电平）时，计数器停止计数， K8 再断开（高电平）时，继续 累计技术。计数器递减到零时，发出声光报警信号 L1（正常计数时 L=0 ）。第四章 仿真图第五章 单元电路的设计1、 译码显示电路BCD 七段共阴极数码显示管用发光二极管（ LED ）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管， 因此也称 LED 数码管或 LED 七段显示器。 因为计算机输出的4是 BCD 码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把 BCD 码转换成 7 段字 型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的 BCD 码换成 7 段字型代 码，并使数码管显示出

6、十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计 中我们采用了常用的 74LS48 。在数字测量仪表和各种数字系统中， 都需要将数字量直观地显示出来， 一方 面供人们直接读取测量和运算的结果； 另一方 面用于监视数字系统的工作情况。 因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。 数字显示电路通常由译码 器、驱动 器和显示器等部分组成，如下图所示。下面对显示器和译码驱动器分 别进行介绍。数码显示器是用来显示数字、 文字或符号的器件， 现在已有多种不同类型的 产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平 面化方向发展。数码的显示方式一般有三种： 第一种是字形重叠式

7、， 它是将不同字符的电极 重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边光 显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成， 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。数字显示方式目前以分段式应用最普遍， 下图表示七段式数字显示器利用不同发 光段组合方式，显示 015 等阿拉伯数字。在实际应用中， 1015 并不采用， 而是用 2 位数字显示器进行显示。如前所述，分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。 因 此，为了使数码管能将数码所代表的

8、数显示出来， 必须将数码经译码器译出， 然后经驱动器点亮对应的段。例如，对于 8421 码的 0011 状态，对应的十进制 数为 3，则译码驱动器应使 a、b、c、d、g 各段点亮。即对应于某一组数码， 译码器应有确定的几个输出端有信号输出，这是分段式数码管电路的主要特点。74LS48 为 4 线七段译码器 /驱动器（ BCD 输入，有上拉电阻），其输出 端（ YaYg）为高电平有效， 可驱动灯缓冲器或共阴极 VLED 。 当要求输出 0 15 时，消隐输入（ BI）应为高电平或开路，对于输出为 0 时还要求脉冲消隐 输入（RBI）为高电平或者开路。 当BI 为低电平时，不管其它输入端状态如何

9、， YaYg 均为低电平。 当 RBI 和地址端（ A0 A3 ）均为低电平，并且灯测试输入端（ LT ）为高电平时， Ya Yg 为低电平，脉冲消隐输出（ RBO ）也变为低电平。 当 BI 为高电平或开路时， LT 为低电平可使 Ya Yg 均为高电平。 48 与 248 的引出端排列、功能和电特性均相同，差别仅在显示 6 和 9,248 所显示 的 6 和 9 比 48 多出上杠和下杠。引出端符号：A-D 译码地址输入端BI/RBO 消隐输入（低电平有效） /脉冲消隐输出（低电平有效）LT 灯测试输入端（低电平有效）RBI 脉冲消隐输入端（低电平有效）a-g 段输出74LS482、脉冲产

10、生电路（ 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。NE555为 8脚时基集成电路，各脚主要功能(集成块图在下面)1 地 GND2 触发3 输出4 复位5 控制电压6 门限 (阈值)7 放电8 电源电压 Vcc(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 (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

11、号 ,利用电源 VCC通过R1和R2向电容器 C充电,使uC 逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端 D导通,这时,电容器 C通过电 阻R2和D端放电,使uC下降,降到 VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC 又通过R1和R2向电容器C充电。如此循环,振荡不停, 电容器C在V CC/3和2VCC/3 之间充电和放电 ,输出连续的矩形脉冲 ,其波形如图 (b)所示。uoa)b)输出信号 uO 的脉宽 tW1、tW2、周期 T 的计算公式如下 :tW10.7（R1R2）CtW2 0.7R2CTtW1tW20.7(R12R2)(2) 用 555 定时器构成施密特触发器：

12、用 555 定时器构成的施密特触发器如图 (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 ui,当 ui上升到 2VCC/3时,输出 uO从高电平翻转为低电平；当 ui下降到 VCC/3时,输出 uO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(b)所示。+VCC21回差电压电压 u 32VCC 13VCC8 4uo62 5551b)a)如图所示：(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 (a)所示。 R、C 是定时元件。输入 脉冲信号 ui加于 2管脚。输入触发信号 ui

13、的有效电平是低电平 ,当 ui处于高电平时,放电端 D导通,uC和uO均为低电平 ,电路为稳态。当输入触发信号 ui的下降沿 到来时刻,2管脚电位瞬间低于 VCC/3,使输出 uO变为高电平,放电端 D截止, 电源 VCC通过电阻 R向电容器 C充电,使uC按指数规律上升,电路为暂稳态。当 uC上 升到 2VCC/3时,使输出 uO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 （b）所示。+Vcc8 476 555 32uo1 5C0.01 Fa）b）输出脉宽 tW 是暂稳态的持续时间为 tW 1.1RC 此电路要求

14、输入信号的负脉冲宽度一定要小于 tW 3、 计数电路（ 74LS192）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。74LS192 为可预置的十进制同步加 /减计数器（双时钟） ，其清除端是异步 的。当清除端（ MR ）为高电平时，不管时钟端（ CPD、CPU）状态如何，即可 完成清除功能；预置是异步的，当置入控制端（ PL）为低电平时，不管时钟 CP 的状态如何，输出端（ Q0Q3）即可预置成与数据输入端（ P0 P3）相一致的 状态；计数是同步的，靠 CPD、CPU 同时加在 4 个触发

15、器上而实现。在 CPD、 CPU 上升沿作用下 Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖 峰。当进行加计数或减计数时可分别利用 CPD或 CPU，此时另一个时钟应为高 电平。 当计数上溢出时，进位输出端（ TCU ）输出一个低电平脉冲，其宽度为10CPU 低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（ TCD）输出一 个低电平脉冲， 其宽度为 CPD 低电平部分的低电平脉冲。 当把 TCD 和 TCU 分 别连接后一级的 CPD、 CPU，即可进行级联74LS192引出端符号TCD错位输出端（低电平有效）TCU进位输出端（低电平有效）CPD减计数时钟输入端（上升沿有效）CPU加计数时钟输入端（上升沿有效）MR异步清除端P0P3并行数据输入端PL异步并行置入控制端（低电平有效）Q0Q3输出端4、74LS04 非门74LS04是 6 非门（反相器）他的工作电压 5V，他的内部含有 6 个 coms反相器， 74LS04的作用就是反相把 1变成 0，平时在使用中请 注意不要芯片的管脚顺序搞错了，下面是芯片的管脚图115、74LS10 与非门74ls10 是常用的三 3输入与非门电路，在数字电路和单片机系统中常用 ,这里介绍一 下他的管脚图以及功能等资料74ls10 可与 7410 74LS10 CT4010 DG74LS10 SD74LS10 等芯片