篮球竞赛30秒计时器

1、篮球竞赛30秒计时器-数电课程设计数电课程设计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。30秒计时器具有显示30秒的计时功能。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。计时器为30秒递减计时时，其计时间隔为1秒。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。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

2、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

3、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。秒脉冲发生器计数器译码显示报警电路控制电路第1页123456DDCC数电课程设计用发光二极管（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 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BB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们采用了常用的74LS194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

4、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，如图5.3.5所示。下面对显示器和译码驱 动器分别进行介绍。计数器译码器驱动器显示器A ATitle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 NumberSizeRevision向发展。B数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电Date:11-Jan-2007Sheet of极重

5、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 File:D:Program FilesDesign Explorer 99SEExamplesMyDesign4.ddbDrawn By: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 123456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。第2页123456数电课程设计123456数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图5.3.6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

6、中，1015并不采DD用，而是用2位数字显示器进行显示。DD曰二取显示器按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类：（1）半导体显示器，亦称发光二极管显示器；（2）荧光数字显示器，如荧 光数码管、场致发光数字板等；（3）液体数字显示器，如液晶显示器、电泳显 示器等；（4）气体放电显示器，如辉光数码管、等离子体显示板等。CC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数显示出来，必须将数码经译码器译 出，CC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

7、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。BBagbcdefLBI74LS148LTDCABBB七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器 设AA有多个辅助控制端，以增强器件的功能。它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,Title现简要说明如下：SizeNumberRevisionB 灭灯输入 BI/RBO Date:11-Jan-2007Sheet of 第 File:D:ProgramFilesDesign Explorer 99 SEExamplesMyDesign4.ddbDrawn By:1234563页AAT

8、itleSizeNumberRevisionBDate:11-Jan-2007Sheet ofFile:D:Program FilesDesign Explorer 99SEExamplesMyDesign4.ddbDrawn By:123456数电课程设计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ag均为0,所以字形 熄灭。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ag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。当LT=1

9、，RBI = 0且输入代码DCBA = 0000时，各段输出ag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。7 4LS148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ag输出的电平

10、是由输入 BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。第4页数电课程设计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常用计数器类型 TTL CMOS十同递异步清除74160 40160增同步清除74162进步可单时钟741

11、68，190 4510逆双时钟74192 40192制异二一五一十进制74196，90步 74290四同递异步清除74161 40161位增同步清除74163二可单时钟 74169, 191 4516进步逆双时钟74193 40193制异二一八一十六进制74197, 93步 74293异二一六一十二进制74927位二进制4024步12位二进制404014位二进制4060异步清除：当CR=0 时 QQQQ=0000。 0123第5页数电课程设计同步预置：当CR=1,=0时在CP上升沿作用下，QQQQ二DDDD。LD01230123。(c)计数：CR=1,=1当使能端CT=CT=1时，对CP脉冲实

12、现同步计数。LDPT(d)锁存：当使能端ET=0或ET=0时，计数器禁止计数，为锁存状态。PT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功能表状输入输出态 n，1n，1n，1n，1D D D D CR ET ET CP D D LD3210P T32 功台匕能D D 10清零 0 X X X X X X 0 0 0X X 0置数 1 0 X X ? D D D D D 3 232 1D D D10 0 计数 1 1 1 1 ? X X 计数X X保持1 1 0 X X X X保持X X1 1 X 0 X X XX X（3） N进制计数器构成

13、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。第6页123456DD数电课程设计231VCCQ1Q2Q3Q4CCET1ET2CC40161CRCRCPCP1）复位法利用清除端CR构成。即当计数计到N时，例如N=10则QQQQ=1010 3210BB（十进制10）时通过反馈逻辑强制计数器清零，见图2-48。该电路由于1010状态只是瞬间，工作不太可靠，因此很少采用。2）置位法 利用预置端构成。把计数器输入端DDDD全部接地。当计LD0123数器计到N1时，例如1001 （+进制9时）通过反馈逻辑使=0则当第十个LDCP到来时，计数器输出端为CRQQQQ=0000。这样可以克

14、服利用清除端构成的0123计数器的缺点。利用预置端构成的计数器见图2-49。或者利用串行进位输出LDAACO同步预置补数的方法实现任意进制计数器，简称CO置补法。CO置补法具有 通Title用性。使SizeNumberRevision预置M，M = MN，M则指选用计数器。即 预置=0110 即 DDDDDDDD32103210B可。 Date:11-Jan-2007Sheet of File:D:Program FilesDesign Explorer99 SEExamplesMyDesign4.ddbDrawn By:123456在实际应用中，往往需要多片计数器构成多位计数状态即计数器的级

15、联 方法。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5KQ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；二者第7页数电课程设计的逻辑功能和管脚排列完全相同，易于互换。555芯片和7555芯

16、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= + 5V+ 16V,单极型 的CC电源电压V= + 3V-18V。DD它含有3个分压电阻和两个高、低电平比较C、C, 一个基本RS触发器，12一个放电开关管T。高电平比较器C的同相输入端参考电平为2V/3,低电平比1CC较器C的反相输入端的参考电平为V/3,C与C的输出端控制基本RS触发器2CC12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/3时，触CC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/3时,触发器置1,定时器的3管脚输出高电平，同时放电CC

17、开关管截止。是直接复位端，当=0,定时器输出低电平。平时端开路。RRRDDDVC是外接控制电压输入端(5管脚)，当VC外接一个输入电压U时，则改变比较VC器的参考电压(U=U, U=U/2)；不接外加电压时，通常接一个0.01呻的电 T+VCT-VC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。3555555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

18、发器等脉冲波形产生和整形电路。1555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通过R和R向电容器C充电，使uCC12C逐渐升高，升到2V/3时,u跳变到低电平, 放电端D导通,这时，电容器C通过电CCO阻R和D端放电，使u下降，降到V/3时,u跳变到高电平,。端截止，电源V2CCCOCC又通过R和R向电容器C充电。如此循环，振荡不停，电容器C在V/3和 2V/312CCCC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。第8页+VDD数电课程设计c uR1 28 4 VCC317 VCC 3R

19、2 0 t 6 555 3 uo o u 2 uc1 5 ttwl w20 C t 0.01MF T(b)(a)输出信号u的脉宽t、t、周期T的计算公式如下：OW1W2t = 0.7(R+R)C W112t = 0.7RC W22T = t + t = 0.7(R+2R)C W1W212(2)555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,当u上升到2V/3时，输出iiCCu 从高电平翻转为低电平；当u下降到V/3时，输出u从低电平翻转为高电平。OiCCO 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

20、波形如图2.8.3(b) 所示。回差电压电压?u = 211VV=V CCCCCC333如图所示：i +VuCC 2 Vcc3 12 V8 4 Vcc3t DD30 u6 ui o 555 o u21第0 t9 页(b)(a)数电课程设计3555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加于2管脚。输入触发信号u的有效电平是低电平，当u处于高 iii电平时,放电端D导通,u和u均为低电平，电路为稳态。当输入触发信号u的下 COi降沿到来时刻,2管脚电位瞬间低于V/3,使输出u变为高电平，放电端D截止， CCO电源V通过电阻R向电容器C充电，使u

21、按指数规律上升，电路为暂稳态。当 CCCu上升到2V/3时,使输出u变为低电平,。端导通，电容器C经D端迅速放 电,CCCO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i +Vcc u1 VccR3 0 8 4 t c u7 2Vcc3 6 555 3 uo uc 2 ui 0 t 1 5 o u C 0.01MFtW 0 t (a)(b)输出脉宽t是暂稳态的持续时间为t = 1.1RC WW此电路要求输入信号的负脉冲宽度一定要小于t W474LS192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

22、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。第10页数电课程设计74LS192具有下述功能：?异步清零：CR=1，QQQQ=0000 3210? ?异步置数：CR=0，=0，QQQQ二DDDD LD32103210?保持：CR=0，=1，CP=CP=1,QQQQ 保持原态 LDUD3210?加计数：CR=0,

23、=1，CP=CP，CP=1，QQQQ 按加法规律计数 LDUD3210?减计数：CR=0, =1，CP=1，CP= CP，QQQQ按减法规律计数利用集LDUD3210成计数器芯片可方便地构成任意（N）进制计数器。方法：？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0N-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0N-1。还要注意清零端的有效电平，以确定用与门还是与

24、非门来引导。?反馈置数法：是利用具有置数功能的计数器，截取从N到N之间的N个有ba效状态构成N进制计数器。其方法是当计数器的状态循 环到N时，由N构成的aa反馈信号提供置数指令，由于事先将并行置数数据输入 端置成了 N的状态，所b以置数指令到来时，计数器输出端被置成N，再来计数脉 冲，计数器在N基础bb上继续计数直至N，又进行新一轮置数、计数。a关键是反馈识别码的确定与芯片的置数方式有关。异步置数方式以N a=N+N作 为反馈识别码，其有效循环状态为NN；同步置数方式以N =N+N-1bbaab作为反 馈识别码，其有效循环状态为NN。还要注意置数端的有效电平，以ba确定用与门还是与非门来引导。第11页数电课程设计第12页数电课程设计1、电子电路设计与实践、姚福安编著山东科学技术出版社2、电子技 术基础课程设计、粱宗善华中理工大学出版社3、数字逻辑电路设计与实 验、绳广基编著上海交通大学出版社4、数字集成电路应用300例、黄继 昌等主编 人民邮电出版社5、电子技术实验指导