具有數字顯示的籃球競賽30S計時器該款計時器是在原來的基礎上把24秒制改為30秒制。該計時器要有遞減計時及報警功能。因此符合比賽中違例判罰的需要。在籃球比賽中，規定了球員的持球時間不能超過30秒，否則就犯規了。本課程設計的“籃球競賽30秒計時器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間30秒限制。一旦球員的持球時間超過了30秒，它自動的報警從而判定此球員的犯規。本設計主要能完成：顯示30秒倒計時功能；系統設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續功能；在直接清零時，數碼管顯示器全部顯示為“0”；計時器為30秒遞減計時其計時間隔為0.1秒；計時器遞減計時到零時，數碼顯示器不滅燈，同時發出光電報警信號等。整個電路的設計借助于Multisim10.0.1仿真軟件和數字邏輯電路相關理論知識，并在Multisim10.0.1下設計和進行仿真，得到了預期的結果。1電路設計原理與設計電路1.1設計原理我們可以用555時基電路構成的多諧振蕩器來產生頻率為10Hz的脈沖，即輸出周期為0.1秒的方波脈沖，將該方波脈沖信號送到計數器74LS192的CP減計數脈沖端,再通過譯碼器74LS48把輸入的8421BCD碼經過內部作和電路“翻譯”成七段（a，b，c，d，e，f，g）輸出，顯示十進制數，然后在適當的位置設置開關或控制電路即可實現計數器的直接清零，啟動和暫停/連續、譯碼顯示電路的顯示與滅燈及光電報警等功能。1.2設計方案經過初步的設計，可以確定該系統應包括秒脈沖發生器、計數器、譯碼顯示電路、輔助時序控制電路(簡稱控制電路)和報警電路等5個部分構成。其中，計數器和控制電路是系統的主要部分。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以及工作時間的調節。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；當按下十位調節開關時，計數器加1；當按下個位調節開關時，計數器同樣加1；當暫停、連續開關撥在暫停位置上時，計數器停止計數，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.脈沖發生器脈沖發生器計數器計數器十位顯示個位顯示1/10位顯示譯碼器譯碼器譯碼器計數器報警電路控制電路圖1.1系統設計框圖在此，提出兩種方案，主要是針對脈沖發生電路。方案一是采用555構成的多諧振蕩電路（即脈沖產生電路），其電路原理圖如圖１.２。另一種方案是用555構成的多諧振蕩器直接產生頻率為10Hz的秒脈沖，原理圖如圖１.5。相比較之下方案一的秒脈沖會穩定些，但因為電路加入了74LS161用于異步清零法分頻而使電路變得復雜許多，而本次課設都是采用軟件仿真的方式來驗證最后結果的，因此不會存在因為元器件的誤差而使結果受到影響的情況，因此沒有必要用復雜的電路來替代簡單電路就可以完成的功能的電路。所以本次課設采用第二種方案來產生10Hz的秒脈沖。圖１.2方案一的秒脈沖發生電路１.3各分電路功能分析1.3.1脈沖發生電路555定時器555定時器主要是通過外接電阻R和電容器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。圖2.2是NE555的內部功能原理框圖和內部管腳圖圖1.3555管腳圖用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2.3(a)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,uO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,uO跳變到高電平,D端截止,電源VCC又通過R1和R2向電容器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,其波形如圖2.3(b)所示。8484765553215R1R2ucC+VCCuo0.01μFtuo0tw2tw1tuc0T（a）5555555（b）圖1.4555構成的振蕩電路及即波形輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計算公式如下:tW1＝0.7(R1＋R2)CtW2＝0.7R2CT＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2)C根據要求，該系統中要使555構成的多諧振蕩電路產生10Hz的脈沖，因此我們可以令R1=51k，R2=49k，C=970nF，得到周期T=0.70.101s，即按照圖2.4連接的電路就可以產生10Hz的方波脈沖。圖1.5555定時器構成的多系振蕩電路1.3.2計數器電路計數器是一個用以實現計數功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進行計數，還常用做數字系統的定時、分頻和執行數字運算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設計中選用74LS192來實現要求的減法計數功能。圖2.5是74LS192的管腳圖。圖1.674LS192管腳圖74LS192具有下述功能：異步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000。（此功能可實現計數器的清零）②異步置數：MR=0，=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。③保持：MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態④加計數：CR=0,=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規律計數⑤減計數：CR=0,=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按減法規律計數按照課程設計任務書要求，需要計時30s，并且顯示到0.1s，因此該設計中需要用到一個三進制的減法計數器和兩個十進制的減法計數器。我們可以用三片74LS192來實現這三個計數器。計數模塊中的三片計數器的加計數器脈沖輸入端都要接高電平，且要將低位片的借位信號加到高位片的減計數脈沖輸入端。高位片計數器的借位信號控制報警信號，在進行減計數時，借位信號一直為高。30秒倒計時計數電路可以按照圖2.6連接。圖1.730秒倒計時器的計數電路2.3.3譯碼顯示電路本次設計中我們用發光二極管（LED）組成字型來來顯示數字。這種數碼管的每個線段都是一個發光二極管，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，就必須先把BCD碼轉換成7段字型數碼管所要求的代碼。我們把能夠將計算機輸出的BCD碼換成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。圖2.7是74LS48的外部管腳圖圖1.874LS48管腳圖七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設有多個輔助控制端，以增強器件的功能。它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/RBO,現簡要說明如下：滅燈輸入BI/RBOBI/RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當BI/RBO作輸入使用且BI＝0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入a～g均為0，所以字形熄滅。試燈輸入LT當LT＝0時，BI/RBO是輸出端，且RBO＝1，此時無論其它輸入端是什么狀態，所有各段輸出a～g均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查7488本身及顯示器的好壞。動態滅零輸入RBI當LT＝1，RBI＝0且輸入代碼DCBA＝0000時，各段輸出a～g均為低電平，與BCD碼相應的字形0熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以實現某一位的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0。動態滅零輸出RBOBI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當LT＝1且RBI＝0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數字時，多個譯碼器之間的連接。對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT＝1，這時候，譯碼器各段a～g輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。74LS48的功能表如下：74LS48功能表十進數

或功能輸入BI/RBO輸出LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H11111101Hx0001H01100002Hx0010H11011013Hx0011H11110014Hx0100H01100115Hx0101H10110116Hx0110H00111117Hx0111H11100008Hx1000H11111119Hx1001H111001110Hx1010H000110111Hx1011H001100112Hx1100H010001113Hx1101H100101114Hx1110H000111115Hx1111H0000000BIxxxxxxL0000000RBIHL0000L0000000LTLxxxxxH1111111表1.174LS48的功能表本次設計的譯碼顯示電路可以按照圖1.9連接電路圖1.9譯碼顯示電路2.3.4控制電路報警電路任務要求在計時器倒計時到7秒時發出低聲警報，在倒計時到0秒時發出高聲警報，因次我們可以將192的輸出端按照下圖連接，當192的高位到低位輸出00001110xxxx時（即倒計時到7秒時）可發出報警。當計時到0秒時最高位192的借位BO會由高電平跳變為低電平，蜂鳴器導通，這樣就產生了報警信號。因此，按照圖1.10也可以使蜂鳴器發聲報警。圖1.10報警電路暫停、置位、清零、十位調整、個位調整控制電路暫停/連續可以通過在將借位信號和暫停/連續控制信號和時序脈沖信號加到一起相與之后作用到1/10位計數器減計數脈沖輸入端，即實現計數器遞減計數到零時，顯示器不滅燈。連接電路如圖2.10的“暫停”，當開關打到低電平時計時器暫停，當開關打到高電平時計時器正常計時。啟動置位可通過192的異步置數：MR=0=0時，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0來使計時器置位啟動。LCAD（即）端的置位功能連接如圖圖1.11。清零可以通過192的異步清零：MR=1時，Q3Q2Q1Q0=0000來使計時器清零。CLR（即MR）端的清零功能的電路連接如圖圖1.11。十位調整通過給十位192的加法計數的UP端產生脈沖來實現十位的加調整。個位調整通過給個位192的加法計數的UP端產生脈沖來實現個位的加調整。十位調整、個位調整控制電路圖如圖圖1.11圖1.11控制電路2.4仿真原理圖具有數字顯示的籃球競賽30S計時器的設計主要分為五個模塊：時鐘模塊（即秒脈沖發生模塊）、計數模塊、譯碼顯示模塊、輔助時序控制模塊（簡稱控制電路）和報警電路，總體仿真電路如下圖（圖2.11的輸出端連接到圖2.12的輸入）。打開仿真軟件Multisim10.0.1按要求在Multisim10.0.1里連接好如圖所示的電路后就可以按下F5就可以進行電路仿真了，由于仿真界面的限制，此次課程設計的仿真分為了兩部分完成。脈沖發生電路（圖1.12）和倒計時的總體電路（圖2.12）。在脈沖發生電路仿真中我們可以用示波器來觀察產生的脈沖是否為10Hz。而在整體電路的仿真部分用一個10Hz的脈沖源替代了脈沖發生電路，最后的仿真結果是：計時器可以從30倒計時到0停止，并且在倒計時到7時發出低聲報警，在倒計時到0時發出高聲報警。同時也可以通過圖中的開關按鈕來完成時間的調整、置位、清零和暫停。圖1.12脈沖發生電路圖2.1230秒倒計時器整體電路圖小結：該籃球競賽30S計時器的設計主要分為五個模塊：時鐘模塊（即秒脈沖發生模塊）、計數模塊、譯碼顯示模塊、輔助時序控制模塊（簡稱控制電路）和報警電路，其中計數模塊中的三片計數器的加計數器脈沖輸入端都要接高電平，且要將低位片的借位信號加到高