设计题目： 篮球竞赛30秒计时器。
系部： 电气与电子工程系。
专业： 电子信息工程。
学生姓名朱亚辉。
学号123408155
指导教师梁成武。
摘要。随着生活水平的提高，人们对于生活品质的高要求。对于时间的准确越来越发期盼。
比如在田径，足球等体育运动中时间的分秒必争显的更加的不可或缺。在这样的大背景下，计时器也应运而生。特别在于篮球比赛中通常是零点几秒可以决定各方的悲喜。
人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏，但在钟表诞生发展成熟之后，人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间的目的。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。
关键词： 计时译码显示
目录。第一章概述。
1.1 eda概念。
eda是电子设计自动化(electronic design automation)的缩写。由于它是一门刚刚发展起来的新技术，涉及面广，内容丰富，理解各异，所以目前尚无一个确切的定义。但从eda技术的几个主要方面的内容来看，可以理解为：
eda技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑**。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程**等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。
eda技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的，至今已有30多年的历程。大致可以分为三个发展阶段。20世纪70年代的cad(计算机辅助设计)阶段：
这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑，pcb布同布线，使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。20世纪80年代的qae(计算机辅助工程设计)阶段：这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障**、自动布局布线为核心，重点解决电路设计的功能检测等问题，使设计能在产品制作之前预知产品的功能与性能。
20世纪90年代是eda(电子设计自动化)阶段：这一阶段的主要特征是以高级描述语言，系统级**和综合技术为特点，采用“自顶向下”的设计理念，将设计前期的许多高层次设计由eda工具来完成。
eda是电子技术设计自动化，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用，使设计更复杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段，可以使用eda中的**工具论证设计的正确性；在芯片设计阶段，可以使用eda中的芯片设计工具设计制作芯片的版图；在电路板设计阶段，可以使用eda中电路板设计工具设计多层电路板。
特别是支持硬件描述语言的eda工具的出现，使复杂数字系统设计自动化成为可能，只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确，就可以进行该数字系统的芯片设计与制造。21世纪将是eda技术的高速发展期，eda技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一。
1.2 eda技术及应用。
电子eda技术发展迅猛，逐渐在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面：几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了eda课程。
主要是让学生了解eda的基本原理和基本概念、硬件描述系统逻辑的方法、使用eda工具进行电子电路课程的模拟**实验并在作毕业设计时从事简单电子系统的设计，为今后工作打下基础。具有代表性的是全国每两年举办一次的大学生电子设计竞赛活动。在科研方面：
主要利用电路**工具进行电路设计与**；利用虚拟仪器进行产品调试；将fpga器件的开发应用到仪器设备中。在产品设计与制造方面：从高性能的微处理器、数字信号处理器一直到彩电、音响和电子玩具电路等，eda技术不单是应用于前期的计算机模拟**、产品调试，而且也在后期的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、器件的制作过程等有重要作用。
可以说电子eda技术已经成为电子工业领域不可缺少的技术支持。
1.3eda技术发展趋势。
eda技术在进入21世纪后，由于更大规模的fpga器件的不断推出，在**和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的eda软件不断更新、增加，使电子eda技术得到了更大的发展。电子技术全方位纳入eda领域，eda使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容，突出表现在以下几个方面：使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能；基于eda工具的asic设计标准单元已涵盖大规模电子系统及ip核模块；软硬件ip核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认；soc高效低成本设计技术的成熟。
随着半导体技术、集成技术和计算机技术的迅猛发展，电子系统的设计方法和设计手段都发生了很大的变化。可以说电子eda技术是电子设计领域的一场革命。传统的“固定功能集成块十连线”的设计方法正逐步地退出历史舞台，而基于芯片的设计方法正成为现代电子系统设计的主流。
作为高等院校有关专业的学生和广大的电子工程师了解和掌握这一先进技术是势在必行，这不仅是提高设计效率的需要，更是时代发展的需求，只有掌握了eda技术才有能力参与世界电子工业市场的竞争，才能生存与发展。随着科技的进步，电子产品的更新日新月异，eda技术作为电子产品开发研制的源动力，已成为现代电子设计的核心。所以发展eda技术将是电子设计领域和电子产业界的一场重大的技术革命，同时也对电类课程的教学和科研提出了更深更高的要求。
特别是eda技术在我国尚未普及，掌握和普及这一全新的技术，将对我国电子技术的发展具有深远的意义。
1.4 eda 的软件工作平台。
pld（programmable logic device）是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主要有两大类型：cpld(complex pld)和fpga(field programmable gate array)。
它们的基本设计方法是借助于eda软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，最后用编程器或**电缆，由目标器件实现。生产pld的厂家很多，但最有代表性的pld厂家为altera、xilinx和lattice 公司。我们采用了quartusⅱ软件作为**工具。
第二章计时器概述。
2.1 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。
2.2 设计任务及要求。
1、具有30s计时功能，并且能够实时显示计数结果。
2、设有外部操作开关，控制计数器实现直接清零、启动以及暂停/连续工作等操作。
3、计时器为30s递减计时，计时间隔为1s。
4、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。
第三章电路设计原理。
3.1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、计时时间到进行报警。
图总设计框图。
3.2设计思路。
该程序设计思路如下：
1.设计一个脉冲信号，使时间变化间隔为1秒，则可使脉冲为1hz。
2.设计30秒递减计时程序，由秒脉冲控制其计数，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．设计报警部分，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、复位、启动和暂停/连续计时。
3.3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，在设计控制部分时，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，计数器完成置数，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。
3.4方案对比。
方案一：通过对要求的分析，在译码显示时若采用静态显示时，需要对两个七段数码管的引脚进行设置，而不需要动态扫描。此时再进行倒计时时，显示部分的两个数码管同时点亮。
注意此种方案所用的时钟信号为1hz，若大于或小于1hz，则会使时间间隔大于或小于1秒。
方案二：本方案采用动态扫描来进行译码显示，这种方法可以只对一个数码管的引脚进行设置，这样可以节省能源。此种方案需要用两个时钟信号，第一个时钟信号要为1hz，和方案一相同。
但第二个时钟要远远大于时钟一，因为动态扫描利用了人的视觉停留原理，从而造成两个一起亮的假象。
通过方案的对比，我选择了方案一进行设计，但方案二在本报告的后面也给出了设计的源**，这里着重进行方案一的设计实现。
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