數(shù)字電路-籃球比賽30秒倒計(jì)時(shí)

1、籃球競(jìng)賽30S計(jì)時(shí)器課程設(shè)計(jì)說明書 題 目 籃球競(jìng)賽30S計(jì)時(shí)器 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 所屬學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 2 指導(dǎo)教師 教師職稱 目錄 一、設(shè)計(jì)要求··································1 二、電路設(shè)計(jì)與分析 2.1設(shè)計(jì)原理&

2、#183;································1 2.2單元模塊···············

3、3;·················1 1、秒脈沖信號(hào)的產(chǎn)生······························

4、3;12、 計(jì)數(shù)器········································33、時(shí)鐘信號(hào)控制電路······

5、3;·······················4 4、顯示模塊電路·························

6、········5 5、報(bào)警電路····································63、 外部操作開關(guān)···

7、······················64、 設(shè)計(jì)原理圖與電路總圖·················65、 仿真測(cè)試性能 ·······

8、;·····················76、 總結(jié)····························

9、;·········91、 設(shè)計(jì)要求籃球競(jìng)賽30S計(jì)時(shí)器的基本要求：1)具有顯示30S計(jì)時(shí)功能2)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)數(shù)器的直接清零，啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能3)在直接清零時(shí)，要求數(shù)碼顯示器滅燈4)計(jì)時(shí)器為30S遞減計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)間隔為1S5)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)主要元器： NE555(1)，74LSl92(2)等2、 電路分析與設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)原理 籃球競(jìng)賽30S計(jì)時(shí)器的總體設(shè)計(jì)方案如下：它主要包括秒脈沖信號(hào)，30S計(jì)數(shù)器，譯碼顯示器部分，報(bào)警電路和外部操作開關(guān)五部

10、分組成，其中外部操作開關(guān)包括接直接清零，啟動(dòng)和暫停/繼續(xù)。 2.2單元模塊 1、秒脈沖信號(hào)的產(chǎn)生555定時(shí)器主要是通過外接電阻R和電容器C構(gòu)成充、放電電路,并由兩個(gè)比較器來檢測(cè)電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路、以及多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等脈沖波形產(chǎn)生和整形電路。NE555為8腳時(shí)基集成電路，各腳主要功能 1地 GND 2觸發(fā) 3輸出 4復(fù)位 5控制電壓 6門限(閾值) 7放電 8電壓Vcc用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器：用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖(a)所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信

11、號(hào),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(shí),uO跳變到低電平,放電端D導(dǎo)通,這時(shí),電容通過電阻R2和D端放電,使uC下降,降到VCC/3時(shí),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(huán),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(xù)的矩形脈沖,其波形如圖(b)所示。 圖a 圖b輸出信號(hào)uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計(jì)算公式:tW1(R1R2)Cln2 tW2R2C ln2 TtW1tW2(R12R2)Cln2 這里的脈數(shù)發(fā)生器R1 =15 K, R2 = 68 K,C =10 uf周期T =

12、1 s秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路圖如下圖1所示 圖1 2、計(jì)數(shù)器 74LS192 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘），其清除端是異步的。其引出端功能如下：引出端符號(hào) TCD 錯(cuò)位輸出端（低電平有效）TCU 進(jìn)位輸出端（低電平有效） DN 減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效） UP 加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效） MR 異步清除端 D0D3 并行數(shù)據(jù)輸入端 PL 異步并行置入控制端（低電平有效） Q0Q3 輸出端當(dāng)清除端（MR）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（DN、UP）狀態(tài)如何，即可完成清除功能；預(yù)置是異步的，當(dāng)置入控制端（PL）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（

13、D0D3）相一致的狀態(tài)；計(jì)數(shù)是同步的，靠DN、UP同時(shí)加在4個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在DN、UP上升沿作用下Q0Q3 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用DN或UP，此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。 當(dāng)計(jì)數(shù)上溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TCU）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計(jì)數(shù)下溢出時(shí)，錯(cuò)位輸出端（TCD）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。 當(dāng)把TCD和TCU分別連接后一級(jí)的DN、UP，即可進(jìn)行級(jí)聯(lián).因?yàn)橐笾刑岬揭箅娐芬獙?shí)現(xiàn)倒數(shù)計(jì)時(shí)，所以74LS192的加計(jì)數(shù)器信號(hào)輸入端應(yīng)該加上無用性號(hào)（高電平）。計(jì)數(shù)電路的核心

14、是置數(shù)部分。本設(shè)計(jì)中的30秒只需將兩計(jì)數(shù)器的輸入端分別置為0011和0000即可，采用同步置數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)30置數(shù)。 計(jì)數(shù)器電路圖如下圖2所示高片74Ls92置數(shù)為3，低片74Ls92置數(shù)為0。當(dāng)?shù)臀?4Ls92從0減為9時(shí)，錯(cuò)位端發(fā)出信號(hào)，使高位74Ls92從3到2，低位每計(jì)數(shù)十下，高位減一下。 3、時(shí)鐘信號(hào)控制電路時(shí)鐘信號(hào)控制電路如下圖3所示圖3是時(shí)鐘脈沖信號(hào)Y1 的控制電路 ,控制Y1的放行與停止。當(dāng)SW2處于“暫?！蔽恢脮r(shí)，門U5：D輸出A02=0，使門U6：C關(guān)閉，封鎖脈沖Y1信號(hào)，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)；當(dāng)SW2處于“連續(xù)”位置時(shí)，門U5：D輸出1，門U6：C打開，放行Y1脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器

15、在脈沖信號(hào)作用下，繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，高位TCD=0，使A04=0,門U6：D關(guān)閉，封鎖脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變。從而實(shí)現(xiàn)了當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)處于暫停狀態(tài)時(shí)，控制電路封鎖計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示原來的數(shù)，而且保持不變；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)處于連續(xù)狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)的功能要求；當(dāng)計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，封鎖脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變。 圖3 4、顯示模塊電路 顯示模塊用來顯示計(jì)時(shí)模塊輸出的即時(shí)計(jì)時(shí)和中途計(jì)時(shí)結(jié)果。如下圖4所示 圖4 顯示模塊部分也由部分組成，一部分是4511，一部分是共陰極數(shù)碼顯示管。我們可以通過控制共陰極的電平高低就能控制數(shù)碼顯示管的工作。 5、報(bào)警電路 當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減

16、計(jì)數(shù)到零 ( 即定時(shí)時(shí)間到 ) 時(shí) , 控制電路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào) , 使計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時(shí)報(bào)警電路工作。當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí),兩計(jì)數(shù)器錯(cuò)位端輸出都為低,故本設(shè)計(jì)將高位片錯(cuò)位端TCD反饋到二極管負(fù)極性端,此時(shí)發(fā)光二極管接通發(fā)出光電報(bào)警信號(hào),完成報(bào)警功能,而在遞減計(jì)數(shù)時(shí),高位端TCD輸出為高,二極管不報(bào)警。外部操作信號(hào)由置數(shù)，暫停，清零三部分構(gòu)成。3、 外部操作開關(guān)外部操作信號(hào)由啟動(dòng)置數(shù)、清零 、暫停/繼續(xù)三部分構(gòu)成。 1、操作“清零”開關(guān)，要求計(jì)數(shù)器清零，當(dāng)開關(guān)閉合是使兩片74ls192的清零端為高電位，于是清零端工作。同時(shí)顯示管熄滅。 2、操作“啟動(dòng)”開關(guān)，計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，顯示器顯示30

17、，斷開“啟動(dòng)”開關(guān)，計(jì)數(shù)器開始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。 3、當(dāng)“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于暫停時(shí)，顯示器保持不變。當(dāng)此開關(guān)處于繼續(xù)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。 開關(guān)如下所示4、 設(shè)計(jì)原理圖與電路總圖 1、設(shè)計(jì)思路原理圖如圖4.1所示控制控制計(jì)數(shù)器控制光電報(bào)警秒脈沖信號(hào)數(shù)碼顯示器電路外部操作開關(guān) 圖4.1 2電路總圖如圖4.2所示 圖4.25、 仿真測(cè)試性能 1 啟動(dòng)30秒置數(shù)測(cè)試 啟動(dòng)開關(guān)，置數(shù)開始, 數(shù)碼管出現(xiàn)30秒字樣 ，計(jì)數(shù)器開始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)圖如下： 2暫停/繼續(xù)測(cè)試 當(dāng)“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于暫停時(shí)，顯示器保持不變。當(dāng)此開關(guān)處于繼續(xù)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。 3報(bào)警測(cè)試 當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí),計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變，報(bào)

18、警電路導(dǎo)通，LED燈亮。實(shí)現(xiàn)光電報(bào)警。圖如下。 4清零測(cè)試 操作“清零”開關(guān)，要求計(jì)數(shù)器清零，當(dāng)開關(guān)閉合是使兩片74ls192的清零端為高電位，于是清零端工作。同時(shí)顯示管熄滅。6、 總結(jié)此次電子課程設(shè)計(jì)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的最好形式。在課題的完成過程中要求我們要有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和很強(qiáng)的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。在設(shè)計(jì)過程中，通過自主查找數(shù)據(jù)和其他資料，接觸到了很多新鮮的東西。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，才明白自己要做一個(gè)電子產(chǎn)品是多么的不容易。里面的過程要求我們要非常細(xì)心、考慮問題周全。要想設(shè)計(jì)并制作一個(gè)完美實(shí)用的數(shù)字電路，確實(shí)是一件不輕松的工作，不僅要有較強(qiáng)的動(dòng)手能力，還要有靈活應(yīng)用芯片理論的功底，為此需要閱讀大量關(guān)于這方面的書籍。在這次課程設(shè)計(jì)過程中，查閱了不少芯片手冊(cè)，也閱讀了不少有關(guān)數(shù)字電路設(shè)計(jì)的資料，同時(shí)還了解到一些芯片的性能。這些都是制作