课程设计名称：电子技术课程设计题目：篮球竟赛30s计时器设计专业：电气工程与自动化班级：电气09-2姓名：张瑞学号：09005040229摘要本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛30秒计时器。

此计时器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能，同时应用了七段数码管来显示时间。

此计时器有了启动、暂停和连续功能，可以方便地实现断点计时功能，当计时器递减到零时，会发出光电报警信号。

本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的应用价值。

此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。

在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。

此电路是以时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。

关键字计时器 ; 光电报警 ; 模块化前言人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会的发展离不开电子产品的进步。

随着工业水平的进步和人民生活水平的提高，在很多领域都需要几个甚至上百个定时电路去控制多项操作，从而实现工业生产的自动化，最终提高劳动生产率促进经济的发展。

定时器在实际工作中用到的场合很多，它成为今天工业控制领域、通讯设备、信息处理以及日常生活中最广泛使用的电路之一，在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒，用于各种竞赛的计时器、竞赛用定时器、数控电梯、数控机床、交通灯管理系统、各种智能医疗器械等，定时器是家用电器中的常用产品。

随着电子技术的高速发展和计算机技术的普遍应用，电子设计也越来越普遍地应用于整个电子行业中。

电子设计是人们进行电子产品设计、开发和制造过程中十分关键的一步，其核心就是电子电路的设计。

电子设计自动化(EDA)是在电子产品向更复杂、更高级，向数字化、集成化、微型化和低耗能方向发展过程中逐渐产生并日趋完善的电子设计方法，在这种方法中，设计过程的大部分工作（特别是底层工作）均由计算机自动完成，是电子技术发展历程中产生的一种先进的设计方法，是当今电子设计的主流。

在篮球比赛中，规定了球员的持球时间不能超过30秒，否则就犯规了。

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30秒限制。

一旦球员的持球时间超过了30秒，它自动的报警从而判定此球员的犯规。

定时器的应用范围极为广泛，其中首推由555构成的定时电路。

集成器件555芯片是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路，其逻辑功能强，使用灵活，可方便组成多种逻辑功能电路，能够更加简单更加快捷的实现定时功能，满足在日常生产和生活中的要求，所以555定时器电路在各个领域的应用及其广泛，在数字电路中占有重要位置，受到人们的普遍重视。

本设计的秒脉冲发生器就是用由555构成的定时电路。

目录摘要 (4)前言 (5)第一章计数器概述 (7)1.1 计时器的特点及应用 (7)1.2 设计任务及要求 (7)1.2.1 基本要求 (7)1.2.2 设计任务及目标 (7)1.2.3 主要参考器件 (7)第二章电路设计原理 (8)2.1电路组成 (8)2.2 设计思路 (8)2.3 设计方案 (8)第三章单元模块 (9)3.1秒脉冲发生器 (10)3.1．1计时器的基本原理 (10)3.1.2秒脉冲发生器电路设计 (11)3.2 8421BCD码递减计数器模块 (12)3.2.1 74LS192的工作原理 (12)3.2.2计数器单元电路 (13)3.3译码显示器 (14)3.3.1 74LS48七段显示译码器 (14)3.3.2共阴极七段LED显示器 (16)3.4辅助控制电路 (17)3.4.1报警电路 (17)3.4.2暂停工作电路 (17)3.4.3置数工作电路 (19)3.4.4清零工作电路 (19)总电路 (20)第四章总结 (21)参考文献 (22)第一章计时器概述1.1计时器的特点及应用随着社会文明的进步和科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域占有不可或缺的核心地位。

在我国现代化建设的发展进程中，数字电子技术在国民经济和科学研究各个领域的应用也越来越广泛。

而计时器恰恰是数字电子技术的一个重要组成部分，计时器是一个用来实现计数功能的时序部件，它不仅可以用来计脉冲个数，还常用来做数字系统的定时、分频，执行数字运算，以及其他特定的逻辑功能等等。

计时器的种类很多。

按构成计时器的各触发器是否使用同一个时钟脉冲源来分，可以分为同步计时器和异步计时器。

根据计时制的不同，可以分为二进制、十进制和任意进制计时器。

根据计时器的增减趋势，又可以分为加法、减法和可逆计时器。

还有可预置数和可编程序功能计时器等等。

目前，无论是TTL还是CMOS集成电路，多有品种较齐全的中规模集成计时器，使用者只要借助于期间手册提供的功能表和工作波形图及管脚图排列，就能正确地使用这些器件。

1.2 设计任务及要求1.2.1 基本要求：（1）具有显示30s计时功能；(2) 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；(3) 计时器为30s计时器，其计时间隔为1s;(4)计时器计时到最大值（或最小值）时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。

1.2.2 设计任务及目标：（1）根据原理图分析各单元电路的功能；（2）熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；（3）进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求；（4）写出完整、详细的课程设计报告。

1.2.3 主要参考器件：NE555 74LS192 74LS48第二章电路设计原理2.1电路组成30秒计时器的总体参考方案框图如图2-1所示。

它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个模块组成。

其中计数器和控制电路是系统的主要模块。

计数器完成30秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。

图2-1 30秒计时器系统设计框图秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。

译码显示电路由74LS48和共阴极七段LED显示器组成。

报警电路在实验中可用发光二极管代替。

2.2设计思路定时电路主要由振荡器和计数器组成。

该电路设计思路如下：1．设计一个秒脉冲发生器，这里采用555定时器来产生这个计时脉冲。

2．设计30秒递减计时电路，由秒脉冲发生器控制其计数，每隔1秒钟，计数器减1。

3．设计译码显示电路，显示器能显示计数器的即时计数数值。

4．设计报警电路，当计数器递减计时到零时（即定时时间到，显示器上显示00），发出报警信号。

5．设计外部操作开关控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计时。

2．3设计方案分析设计任务，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，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“30”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。

系统设计框图如图2-1所示。

如果根据实验所提供的参考器件，还可在秒脉冲发生模块上做些变化，前者产生的脉冲周期直接是1秒；如果让其产生的秒脉冲频率为10Hz，触发脉冲输出的方波周期为0.1秒，再将该脉冲信号送到由74LS161构成的十分频器，由74LS161输出的脉冲周期为1秒，再将该信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端。

如此就可得到两个方案，由于两方案原理相同，故本设计只采用其一所述，即直接由555多谐振荡器产生脉冲周期为1秒的脉冲。

第三章 单元模块根据设计思路和原理框图，对各个单元电路进行分析，逐次设计出各个单元电路。

3.1 秒脉冲发生器555定时器内部结构图如图3.1所示。

3.1.1 555定时器电路的基本原理由3.1图可以看出，555内部结构包括两个电压比较器C 1和C 2，一个基本RS 触发器和一个集电极开路的放电三极管T D 三部分构成。

图3.1 555定时器内部结构Vi1(TH)Vi2(TR)Vco...(a) 555的逻辑符号(b) 555的引脚排列图3.2 555定时器逻辑符号和引脚V I1是比较器C 1的反相输入端，也称阈值端，用TH 表示。

V I2是比较器C 2的同相输入端，也称触发端，用TR 表示。

V R1和V R2是C 1和C 2的基准电压，V CO 是控制电压输入端，当V CO 悬空时，V R1=2/3V CC ，V R2= 1/3V CC 。

若V CO 接固定电压时，V R1=V CO ， V R2=1/2V CO 。

/RD 是清零端，当/RD=0时，V O =0；当/R D =1时，电路处于工作状态。

555定时器的逻辑功能主要取决于比较器C 1、C 2的工作状态，分析如下，在无外加控制电压V CO 的情况下：1、当V I1>V R1，V I2>V R2时，比较器输出V Cl =0，V C2=1，触发器置0，使得定时器输出V O =0，同时T D 导通。

2、当V I1<V R1，V I2<V R2时，比较器输出V C1=1，V C2=0，触发器置1，使得定时器输出V O =1，同时T D 截止。

3、当V I1<V R1；V I2>V R2时，比较器输出V Cl =1，V C2=1，触发器维持原状态不变。

根据以上分析，可得到555集成定时器功能状态表，如表3.1所示。

为了提高电路的负载能力，在输出端接缓冲器G 4。

TD 与/R 接成的反相输出端V O ′与V O 在高、低电平状态上完全相同。

3.1.2 秒脉冲发生器电路设计555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路， 可产生各种脉冲,为了给计数器74LS192提供一个时序脉冲信号,使其进行减计数,本设计采用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如图3.3示.其中555管脚图如上图3.2示.由555工作特性和其输出周期计算公式可知,其产生的脉冲周期为: T=0.7(R 1+2R 2)C 。