主要内容：
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。我们小组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。
通过脉冲发动器以及计数显示等电路系统完成篮球竞赛的30s计时，可以启动与退出，中途暂停与继续，清零重新计时，以及重置30s计时，在倒计时完毕后显示00并发出闪光和鸣叫警报，辅助比赛秩序顺利进行。
基本要求：
（1） 具有30s计时功能
（2） 设置外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动和停止功能
（3） 在直接清零时，要求数码显示器灭灯
（4） 计时器为30s递减计时，计时间隔为1s
（5） 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
（6） 暂停和连续计数功能。当暂停后需要继续计数时，计数器继续累积计数
参考资料
[1]胡成松，黄玉兰，李文红．C语言程序设计．北京：机械工业出版社，2015
[2] 雷于生，胡成松．C语言程序设计．北京：高等教育出版社，2009
目 录
1序言 1
2设计任务及要求 1
3设计方案 1
4各个电路的功能分析 2
4.1脉冲发生器（555定时器） 2
4.1.1 用555定时器构成多谐振荡器 2
4.1.2 用555定时器构成施密特触发器 3
4.1.3 用555定时器构成单稳态触发器 4
4.2 计数器（74LS192） 5
4.3译码显示电路（74LS48,7SEG-BCD） 6
4.4 控制及警告电路（启动/停止等） 9
5电路总图 10
5.1电路总图 10
5.2电路实物焊接图 11
6心得体会 11
7参考文献 12
1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30秒内有一次投篮动作，否则视为违例。我们小组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。
2设计任务及要求
（1）具有30s计时功能
（2）设置外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动和停止功能
（3）在直接清零时，要求数码显示器灭灯
（4）计时器为30s递减计时，计时间隔为1s
（5）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暂停和连续计数功能。当暂停后需要继续计数时，计数器继续累积计数
3设计方案
本设计的核心是一个30s计时器，根据要求要将计时进行实时显示，同时达到设计任务中的清零、重置、报警等各项要求。初时确定课题后，是没有什么头绪的，想法就是通过元器件以秒为单位发出脉冲，并计次显示，如此大致思路。结合目前学习中的知识，定时器、计数器、7段译码器以及7段显示器首先成为选择，翻阅了数电书后，简单绘图大致思路即定型，方案初步可行。细节性的东西再结合往期知识来完成，设计课题大致不会有问题，借此机会加深对各个元器件的了解和运动，来完成课题设计。
电路系统应包括几个部分，分别为：脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、控制系统以及报警系统几个主要部分来完成。其中计数显示是电路的核心部分。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，数码显示器显示零。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，计数器的停止计数，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。
其设计思路及各电路单元大致如下：
由基本电源供电，通过对电源的开关选择来达到整个计数工具的开启与关闭。脉冲发生器以秒为单位发出脉冲信号，并配以开关控制与电源的接触达到脉冲波的暂停与继续。通过计数器进行脉冲计数，并根据计数，自动鸣叫，闪光。通过控制电路，对计数器进行清零和置数控制。计数器的数字信号，通过译码器以及最后的数字显示器，达到计数显示的最终设计目的。
4各个电路的功能分析
4.1脉冲发生器（555定时器）
555定时器是一种中规模集成电路，利用它可以方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。555定时器具有功能强、使用灵活、应用范围广等优点。目前在仪器、仪表和自动化控制中得到了广泛的应用。
555定时器有TTL/COMS型两类，它们的逻辑功能和外部引脚排列完全相同。它是双列直插式组件，它由分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲级几个基本单位组成。主要是通过外接电阻R和电容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。
555为8脚时基集成电路如图4-1所示，各脚主要功能：
1 接地GND 2 低触发端TR
3 输出端OUT 4 复位端R
5 控制电压CV 6 高触发端TH
7 放电端DC 8 电源电压VCC
图4-1 555芯片引脚图
4.1.1 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4.1.1-1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VCC通过R1和R2向电容器C充电使Uc逐渐升高，升到2VCC/3时，U0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，U0跳变到高电平，D端截止，电源VCC又通过R1和R2向电容C充电。如此循环，振荡不停，电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电，输出连续的矩形脉冲如图4.1.1-2所示。
输出信号U0的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下：
tW1=0.7（R1+R2）C
tW2=0.7R*2C
T=0.7（R1+2R2）C
本次设计的核心之一便是555多频振荡器，设计选用555多频振荡器来做为计时器并以1s为周期发出的脉冲。其周期计算为：
0.7（R1+2R2）C=T=1s=0.7(4.4kΩ+2*5kΩ)100uF
得出多频振荡器各辅助器件参数R1=4.4kΩ，R2=5kΩ，C=100uF，连接电路，多频振荡
器即脉冲发生器完成。
图4.1.1-1：多谐振荡器电路 图4.1.1-2：电容器C充放电波形图
4.1.2 用555定时器构成施密特触发器
用555定时器构成施密特触发器如图4.1.2-1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U0从高电平翻转为低电平；当Ui下降到VCC/3时，输出U0从低电平翻转到高电平。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4.1.2-2所示:
图4.1.2-1：555定时器构成施密特触发器 图4.1.2-2：电路的工作波形
4.1.3 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4.1.3-1所示R、C时定时原件。输入脉冲信号Ui加于2管脚。输入触发信号Ui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U0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管脚点位瞬间低于VCC/3，使输出U0变为高电平，放电段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最好准备如图4.1.3-2所示。
输出脉宽tW是暂稳态的持续时间为 tw=1.1RC
此电路要求输入信号的负脉冲宽度一定要小于tW。
图4.1.3-1：555定时器构成单稳态触发器 图4.1.3-2：输入脉冲信号的波形
4.2 计数器（74LS192）
计数器是一个用以实现计数器功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用作数字系统的定时、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（Q0-Q3）即可预置成与输入端（P0-P3）相一致的状态，计数是同步的，靠CPD.CPU同时加在4个触发器上而实现。在CPD,CPU上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了同步计时器中出现的技术尖峰。当进行加计数或减计数时可分
别应用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CPU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是双时钟方式的十进制可逆计数器
CPU为加计时器时钟输入端，CPD为减计数器时钟输入端。
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。
C0为进位输出端，1001状态后负脉冲输出。
B0为借位输出端，0000状态后负脉冲输出。
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
P0-P3 并行数据输入端
PL 异步并行置入控制端(低电平有效)
Q0-Q3 输出端
图4.2-1：74LS192实际芯片引脚图 图4.2-2：三进计数器
因其本质即十进制计数器，清零置数减法等功能完善符合设计要求，故选用两片74LS192芯片对脉冲信号进行计数。两片芯片分别计数十位和个位，置数端，个位置数为0，十位置数为3，即30S倒计时开始。DN端接入555多频振荡器的脉冲信号，UP端接高电平，TCD端空接来达到减计数的效果。Q端信号输出给译码器进行译码显示。TCD端借位信号接入十位片的DN端进行十位的减法计数，两片互相配合完成两位数30S的计数。两片芯片PL端同接入控制电路置数开关进行控制，两个MR端同接入控制电路清零开关进行清零控制。
4.3译码显示电路（74LS48,7SEG-BCD）
用数码管来显示数字，这种数码管的每个线段都是一个发光二极管如图4.3-1所示，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，就必须把BCD码转换成7段字形数码管所要求的代码。我么们能够将计算机输出的BCD码转换成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我们采用了常用的74LS48如图4.3-2所示。
图4.3-1：LED数码管 图4.3-2：74LS48芯片
在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字显示出来，一方面直接供人们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。因此吗，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器、驱动器、和显示器等部分构成。
数字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，广泛用于各种数字设备中，目前数码显示器正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。
数码的显示方式一般有三种：第一种是字型重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来吗，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为普遍，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0～15等阿拉伯数字。在实际应用中，10～15并不采用，而是2位数字显示器进行显示。电路图如图4.3-3所示。
图4.3-3：十进计数器
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，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。不管其他输入端状态如何，Ya-Yg均为低电平。当RBI和地址端均为低电平，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。74LS48引脚功能如表4.3-1所示。
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
将两个芯片的使能段同接入高电平使两组译码显示能够正常运行工作，实时传递计数器的计数信号，达到30s可视计数的效果。
表4.3-1：74LS48引脚功能
4.4 控制及警告电路（启动/停止等）
当计数器74LS192的清零端MR=1有效时，即可实现对电路清零；而当清零端无效，置数端PL=0有效时，即可实现对电路的置数；通过开关对555脉冲发生器输入端电源的进行控制，即可实现对整个电路进行暂停计时，为减小开关按键产生的机械抖动对计时电路的影响，应接-RS锁存器；当十位计数器74LS192的借位输出端有效时，即可实现报警。
具体实施如下：
启动/暂停：通过对电源的控制，进行电路总启动停止的控制如图4.4-1所示。
暂停/继续：通过对555多频振荡器的电源控制，达到对脉冲的暂停/继续控制。
清零：通过按钮开关将两片计数器MR清零端接入高电平达到清零效果如图4.4-2所示。
置数：通过单刀双掷开关，将两片计数器的PL置数端接地达到低电平清零效果。报即鸣叫，闪光，归零。当TCD输出借位信号，即表示计数完毕，为使示数停留00并发出警报，接入一JK锁存器，锁存TCD借位信号并将jK端高电平信号传达至MR端达到清零效果以及LED/喇叭端达到闪光鸣叫的报警效果，并通过JK锁存器的翻转效果，使得Q和非两输入端电平的恢复为下一次计数报警做准备，通过按钮开关的清零效果也可以达到翻转jk锁存器为下次警报做准备的效果如图4.4-2所示。
图4.4-1：启动 图4.4-2：暂停/继续
5电路总图
5.1电路总图
图5-1：电路总图
5.2电路实物图与焊接图
6心得体会
在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析，设计等，也掌握了一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。通过本次的课程设计，我最大的收获是提高了自己的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力和团队精神也增强了我其他方面的能力。在设计中，我充分应用我们所学的知识，例如：集成电路74LS系列、定时器555等元器件的使用。这次事件使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维增强了我的实际操作能力。增强了我的实际操作能力。在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。这次设计所用的工具是Proteus，仿真比较方便，使设计的质量得到了保证。
课程设计提高我的综合动手能力和工程设计能力，它使我的理论知识得到了综合应用，培养我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。
电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。
课程设计的自主设计、学习和研究过程中，通过写课程设计的声息结报告，初步训练我的书面表达能力。组织逻辑能力，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步发展帮助较大。同时也加强了对课本知识的理解，使我们做到理论和与实际的联系，收获很大。并且我也深深地体会到自己所学知识的不足，激发了我的自学能力和应对桃战的能力。为今后学习打下了良好的基础，培养了我们严谨务实，戒骄戒躁的作风。
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