设计篮球竞赛30秒计时器
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发布时间：2022-04-23 20:54
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时间：2023-10-09 11:34
三、单元译码显示电路——可以用74LS48和共阴极七段LED显示器组成。
四、控制电路——完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/继续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。
五、电路报警电路——可以用发光二极管组成。
第四章 设计原理及步骤
一、秒脉冲发生器部分
用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟，如图2连接：
555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。R2又开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。
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图2 多谐振荡器
输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：
tw1 ： uC (0) = VCC /3 V、uC (∞) =VCC、 t1=(Ra+ Rb)C、
当t= tw1时，uC (tw1) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出
tw1=0.7(Ra+ Rb)C
tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC (∞) =0V、 t1= RBC、
当t= tw2时，uC (tw2) =VCC /3代入公式。于是可解出
tw2=0.7RbC
振荡周期T = tw1+tw2=0.7 ( Ra + 2Rb) C =1 (s)
二、计数器部分
它是由两片74LS192的8421BCD码递减计数器构成。74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的CP+端，端接到下一级的CP-端即可。
此计数器预置数为（0011 0000）8421BCD=（30）10。只有当低位1端发出借位脉冲，高位计数器才做减计数。当高，低位计数器全为零时，且CPD为0时，置数端 2，计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。
图3 递减计数器
74192功能表：
输 入
输 出
R CP+ CP- D0 D1 D2 D3
Q0 Q1 Q2 Q3
1 X X X X X X X
0 0 X X I0 I1 I2 I3
0 1 ↑ 1 X X X X
0 1 1 1 X X X X
0 1 1 1 X X X X
0 0 0 0
I0 I1 I2 I3
加计数
减计数
保持
三、显示电路部分
用74LS48和共阴极七段LED显示器组成，如图4连接
74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线、、。端为测试端。在端接高电平的条件下，当=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，a～g输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。端为灭零输入端。在=1，条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出a～g全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。但当输入A、B、C、D不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。端为消隐输入端。该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端a～g均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。另外，该端还有第二功能——灭零信号输出端，记为。当该位输入的A、B、C、D=0000且时，此时输出低电平；若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。例如对整数部分，将最高位的接地，这样当最高位为零时“灭零”，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零”功能；而对于小数部分, 应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低位的接至高位的。
74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需外接限流电阻。
此处要是保持数码管不黑屏就将BI/RB0，RBI置1就可以了，LT是检查数码管的好坏的，如果不需要的话直接接高电平。其他端口按照abcdefg的对应关系连接好以保证显示正确，确保接地成功。
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图4 显示电路路
7448功能表：
输 入
输 出
显 示 字 型
D C B A
g f e d c b a
0 X 1 X X X X
1 0 1 0 0 0 0
X X 0 X X X X
1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
8
灭
灭
1 1 1 0 0 0 0
1 X 1 0 0 0 1
1 X 1 0 0 1 0
1 X 1 0 0 1 1
1 X 1 0 1 0 0
1 X 1 0 1 0 1
1 X 1 0 1 1 0
1 X 1 0 1 1 1
1 X 1 1 0 0 0
1 X 1 1 0 0 1
0 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 0
1 0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 1 1 1
1 1 0 1 1 0 1
1 1 0 1 1 0 1
1 1 1 1 1 0 0
0 0 0 0 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1
1 1 0 0 1 1 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 X 1 1 0 1 0
1 X 1 1 1 1 1
1 0 1 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
无效输出
四、辅助时序控制电路部分
此控制电路可以完成以下四项功能：
1、操作“清零”开关，要求计数器清零，
2、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。
3、当“暂停/连续”开关处于“暂停”是，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数
4、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。
同时应注意的是如图可以知道两个与非门构成的基本RS出发器，构成防止产生机械开关的毛刺现象，并控制输入信号的输入从而达到，占停计时和继续计时。
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图5 控制电路
五、报警电路部分
当芯片2输出为低电平时发光二极管工作，发出报警。
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图6 报警电路
六、总电路图
图7 总电路图
第五章 安装与调试
一、根据设计的电路图在面包板上按各个模块组装接好实际电路，检查电路接线正确，然后对各个模块进行功能检测校正：
1、对7448芯片的译码显示通过一系列输入测试是否与其功能表相同
2、对74192的逻辑功能通过万用表进行测试，验证其功能状态；
3、对各芯片组成的触发器的逻辑功能测试，验证其功能状态；
二、当检测出问题后分析出原因，是元器件本身原因还是接线错误，更换元件或重新正确接线，保证电路的正确运行。
三、检测正确把各个模块整体连接，联调校正，检测电路是否能满足系统的设计要求。
四、经检测校正各个模块正确实现其功能，整体电路满足系统的设计要求。
第六章 总结
在此次设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和疑惑的位置，还有一些出现的未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。
通过此次电路设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。
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时间：2023-10-09 11:34
该图包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路和报警电路等5个部分组成。其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。
�8�5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、暂停计数、连续计数、译码显示电路的显示和灭灯等功能。
�8�5为了保证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，数码显示器灭灯。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP（秒脉冲信号），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，计时器开始计数；当暂停开关闭合时，计数器应停止计数，处于保持状态；当连续开关闭合时，计数器继续累计计数。
�8�5另外，外部操作开关都采用去抖动措施，以防止机械抖动造成工作不稳定。
b.框图结构说明
�8�5秒脉冲发生电路：由555定时器构成的多谐振荡器，和74LS161构成的10进制计数器组成。其中555定时器构成的多谐振荡器所用的电阻、电容元件为4.7kΩ、5.1kΩ、0.1μF、10μF。
�8�530进制减计数器：由2片74LS192构成，注意各个控制端的设置和处理。
�8�5辅助控制电路：主要处理3个开关的去抖动问题，以及先后的时序。
�8�5报警电路：当递减计数到0时，给出一个报警信号，即让一个发光二极管亮。
