(完整word版)籃球比賽30秒倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)(word文檔良心出品)

1、EDA設(shè)計(jì)籃球競(jìng)賽30s倒計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)1課程設(shè)計(jì)背景二十一世紀(jì)，人類邁入信息時(shí)代，電子科學(xué)技術(shù)在人們生活中的運(yùn)用越來(lái)越 普遍。運(yùn)用模電和數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品成為社會(huì)生活不可缺少的一部分，特別是在各種競(jìng)技運(yùn)動(dòng)中，計(jì)時(shí)器成為檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的一個(gè)重要工具?；@球作為一項(xiàng)全民健身項(xiàng)目，已有一定的歷史。在中國(guó)，籃球很盛行，籃球 比賽也日趨職業(yè)化?；@球比賽中有一項(xiàng)違例時(shí)間要用倒計(jì)時(shí)器， 目前多數(shù)采用的 是24秒制，但隨著籃球制度的改革將會(huì)采用 30秒制。有需要就會(huì)有市場(chǎng)，因此 設(shè)計(jì)一款30秒計(jì)時(shí)器是非常有必要也非常有前景的。該款計(jì)時(shí)器是在原來(lái)的基礎(chǔ)上把 24秒制改為30秒制。該計(jì)時(shí)器要有遞減計(jì) 時(shí)及報(bào)警功能

2、。因此符合比賽中違例判罰的需要。在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時(shí)間不能超過(guò) 30秒，否則就犯規(guī)了。本 課程設(shè)計(jì)的“籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器”，可用于籃球比賽中，用于對(duì)球員持球時(shí)間 30秒限制。一旦球員的持球時(shí)間超過(guò)了 30秒，它自動(dòng)的報(bào)警從而判定此球員的 犯規(guī)。本設(shè)計(jì)是74LS192芯片作為減數(shù)功能的30秒倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器主要 包括555構(gòu)成的震蕩電路，74LS192模塊，數(shù)碼管等模塊單元。經(jīng)測(cè)試，計(jì)數(shù)器 可實(shí)現(xiàn)顯示30秒倒計(jì)時(shí)功能，系統(tǒng)設(shè)置外部操作開(kāi)關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、 啟動(dòng)功能，發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。該設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單、使用方便，功能穩(wěn)定多樣，具 有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。2課題設(shè)計(jì)要求（1）具有

3、顯示30S的計(jì)時(shí)功能；（2）設(shè)置外部操作開(kāi)關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停 /連續(xù)功能;（3）計(jì)時(shí)器為30S遞減計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)間隔為1S；（4）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，應(yīng)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)3設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)（1）根據(jù)給出的電路原理圖分析各單元電路的功能；（2）熟悉電路中所用到的各集成塊的管腳及其功能；（3）進(jìn)行電路的安裝、調(diào)試，直到電路能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)；（4）寫(xiě)出完整、詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。4課題設(shè)計(jì)框圖秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器譯碼顯示外部操作控制電路報(bào)警電路5電路設(shè)計(jì)5.1設(shè)計(jì)原理分析設(shè)計(jì)任務(wù)，該系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電 路和報(bào)警電路5個(gè)部分構(gòu)成。其中

4、，計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù) 器完成30秒倒計(jì)時(shí)功能，而控制電路具有直接控制計(jì)數(shù)器的清零， 啟動(dòng)和暫停/ 連續(xù)功能、譯碼顯示電路的顯示與滅燈及光電報(bào)警等功能。 為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè) 計(jì)控制電路及控制開(kāi)關(guān)時(shí)，應(yīng)該正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。 在操作直接 清零時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器為零。當(dāng)置數(shù)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)該 封鎖時(shí)鐘信號(hào)CP同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示 30s字樣。當(dāng) 啟動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停 /連續(xù)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)計(jì)數(shù)器停止 計(jì)數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停/連續(xù)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù) 器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí)（即定時(shí)時(shí)間到），控制電路

5、發(fā)出報(bào)警信號(hào)。5.2設(shè)計(jì)方案用555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖，即輸出周期為1秒的方波。利用2個(gè)74LS192作為計(jì)數(shù)模塊，最后通過(guò)兩個(gè)帶有譯碼功能的數(shù) 碼管顯示。6單元模塊6.1脈沖模塊利用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供時(shí)鐘秒脈沖。555定時(shí)器應(yīng)用為多諧振蕩電路時(shí)，當(dāng)電源接通 Vcc通過(guò)電阻R1、R2向電容C充電，其上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)u上升至2/3VCC，會(huì)使比較器Ci輸出翻轉(zhuǎn)，輸出電壓為 零，同時(shí)放電管T導(dǎo)通，電容C通過(guò)F2放電；當(dāng)電容電壓下降到1/3VCC，比較 器C2工作輸出電壓變?yōu)楦唠娖?，C放電終止，Vcc通過(guò)R1、R2又開(kāi)始充電;周而復(fù)始，形成

6、振蕩。則其振蕩周期與充放電時(shí)間有關(guān)，也就是與外接元件有關(guān), 不受電源電壓變化影響計(jì)算公式（Ti電容C充電時(shí)間，T2電容C放電時(shí)間，q占空比）Ti=RCI n2T 2=RCI n2q=R i/Ri+RT=T 1+T2為使占空比達(dá)50% T=1s兩個(gè)電阻應(yīng)當(dāng)取值一致，C依經(jīng)驗(yàn)取值lOuf,抗干擾電 容C2去O.luf，則通過(guò)計(jì)算R R2應(yīng)當(dāng)取值為72KQ。vee I Sv：WT 'OTTDUTl丞.rTKI - -LMG1 WuF：G2 -JOOhFCOT -555多諧振蕩電路圖秒脈沖仿真圖芯片NE555NE555是時(shí)基集成電路，它在應(yīng)用和工作方式上一般可歸納為3類。每類工作方式又有很多個(gè)

7、不同的電路。在實(shí)際應(yīng)用中，除了單一品種的電路外，還可組合出 很多不同電路，女口：多個(gè)單穩(wěn)、多個(gè)雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)，雙穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)的組合等。 下 圖是NE555的內(nèi)部功能原理框圖和內(nèi)部管腳圖。GHL輸出OdPhSti«c復(fù)位VccF/FKR_TVWVi矽電管出較器啟電控制電壓12HE555內(nèi)部功能框圖D, N. FE PackagesGND嚇TRIGGER 叵OUTPUT_1妝刀 ns CHARGE 衛(wèi)THRESHOLDRESETCONIHOL VOLTAGENE555內(nèi)部管腳圖6.2計(jì)數(shù)模塊倒計(jì)時(shí)模塊設(shè)計(jì)原理圖如下圖計(jì)數(shù)電路選用兩片74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，有“

8、異步 清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進(jìn)位和借位輸出端。兩片 74LS192構(gòu)成預(yù)置數(shù)的三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器十位接成三進(jìn)制，計(jì)數(shù)器個(gè)位接成十進(jìn)制，置數(shù) 端A、B、C、D通過(guò)開(kāi)關(guān)接高低電平，若接高電平可進(jìn)行其他置數(shù)；此計(jì)數(shù)器預(yù) 置數(shù)為（0011 0000） =（30） 10,只有當(dāng)?shù)臀欢税l(fā)出錯(cuò)位脈沖，高位計(jì)數(shù)器才做減計(jì)數(shù)。1片74LS192構(gòu)成1秒減計(jì)數(shù)電路（即個(gè)位）。74LS192的引腳圖和功能表如圖所示。它的計(jì)數(shù)原理是：使加計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)引腳CP u=1計(jì)數(shù)脈沖加入個(gè)位74LS192引腳CPD腳，當(dāng)減計(jì)數(shù)到零時(shí)，個(gè)位74LS192的C。端發(fā)出錯(cuò)位脈沖,使十位計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)，當(dāng)高低位計(jì)數(shù)器處于

9、全零時(shí)，在芯片74LS04和74LS03的作用下鎖住不在計(jì)時(shí)。ccV44 J-4站AUQOaraLMSflSCI C2 豐訕nFC1*10uF-'QIJV'VCCJV74LS19ZrJdU3CL蛋QCi-ac2E 74LS192NKey N J pace12U4AI74LS03Mm74LSO4D倒計(jì)時(shí)模塊設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)原理如下:(1)電阻 74LS192芯片的最大工作電流是34mA最小電流不定，所以在于“清零” “啟動(dòng)”開(kāi)關(guān)J1、J2串聯(lián)的電阻不應(yīng)小于147Q ,故我選取常見(jiàn)的1k電阻。(2)開(kāi)關(guān)J1開(kāi)關(guān)J1的作用是置數(shù)和啟動(dòng),當(dāng)開(kāi)關(guān)撥向 VCC端，芯片開(kāi)始減數(shù)；撥向接地端，芯

10、片預(yù)置數(shù)。(3) 開(kāi)關(guān)J2開(kāi)關(guān)J2的作用是異步清零，當(dāng)開(kāi)關(guān)撥向 VCC端芯片異步清零;當(dāng)開(kāi)關(guān)撥向接地端，芯片處于減數(shù)狀態(tài)。(4) 開(kāi)關(guān)J3開(kāi)關(guān)J3的作用是暫停和連續(xù)，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)暫停，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)連續(xù)。(5) 00狀態(tài)的保持當(dāng)計(jì)數(shù)器減至00時(shí)在下一脈沖的到來(lái)后十位片的錯(cuò)位點(diǎn)發(fā)出借位信號(hào)，借位信號(hào)為低電平0,0信號(hào)與脈沖信號(hào)相與非（由74IS03實(shí)現(xiàn)），結(jié)果輸出高電平1,后經(jīng)取反（由74LS04實(shí)現(xiàn)）得到低電平0,此時(shí)無(wú)論脈沖輸入什么，得到的輸出都是 0信號(hào)，芯片無(wú)法繼續(xù)減數(shù)。VcC IP'O MR TCo TCu PL 23R1 R1 R1 同而 而 冋 R1CPd CPuO3 GNDU

11、l Ld IjJ U LJ bJ Ld LlI74LS192管腳圖Pl Oi Oo圖4-474LS192各個(gè)管腳功能如下:15、1、10、9管腳（P0P3）:并行數(shù)據(jù)輸入端(2)13管腳（TCD）:借位輸出端（低電平有效）(3)12管腳（TCu）：進(jìn)位輸出端（低電平有效）(4)4管腳CPD:減法計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端5管腳CPU:法計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端14管腳MR :異步清零端（低電平計(jì)數(shù)高電平清零）11管腳PL:異步并行置入控制端3、2、6 7管腳：Q0Q3輸出端(9)8、16管腳：接地端和接VCC端DWOMXX上升沿上升沿uLOADI011Hr1X00uIT/DXX0工作狀態(tài)保持預(yù)置數(shù)加法計(jì)數(shù)贏法計(jì)數(shù)7

12、4LS192功能表001 101110111 1074LS03功能表SN74LS04Hex InverterGUARAMIEED OPERATING RANGESsymboipflraneteTMtflTVPMaxUnRSLppY斶:像4.75 :&.25VOpraUrg AnaenlGl：£?CicOhtnAa .Ot:pa Ciirrart - Low-3.0nA.74LS04管腳圖AY011074LS04功能表6.3譯碼顯示模塊此模塊主要借助multisim中特有的一種數(shù)碼顯示管，該數(shù)碼顯示管區(qū)別于普 通七段數(shù)碼管，它本身具備譯碼功能，因此可以在我們進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)省去譯

13、碼 電路，若要實(shí)際搭建本課程設(shè)計(jì)的電路， 我們需加入相應(yīng)的譯碼電路(相關(guān)譯碼 器可選用如74ls47,74ls48,74ls247,74ls248等)，下面給出選用74ls48譯碼器的相 關(guān)引腳資料和譯碼器電路圖。74LS48是七段顯示譯碼器，其管腳圖如所示?，F(xiàn)將各管腳功能介紹如下:(1) A、B、C、D是BCD碼的輸入端。(2) a,b,c,d,e,f,g是輸出端。(3)試燈輸入端LT ：低電平有效。當(dāng)LT = 0時(shí)，數(shù)碼管的七段應(yīng)全亮,與輸入的譯碼信號(hào)無(wú)關(guān)。本輸入端用于測(cè)試數(shù)碼管的好壞。(4)動(dòng)態(tài)滅零輸入端RBI :低電平有效。當(dāng)LT = 1、RBI = 0、且譯碼輸入為0時(shí)，該位輸出不顯

14、示，即0字被熄滅；當(dāng)譯碼輸入不全為0時(shí)，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無(wú)效的 0。如數(shù)據(jù)0034.50可顯示為34.5。(5) 滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出端RBO :這是一個(gè)特殊的端鈕，有時(shí)用作輸 入，有時(shí)用作輸出。當(dāng)RBO作為輸入使用，且RBO = 0時(shí)，數(shù)碼管七段全滅,與譯碼輸入無(wú)關(guān)。當(dāng)RBO作為輸出使用時(shí)，受控于LT和RBI :當(dāng)LT = 1且RBI=0時(shí)，RBO = 0；其它情況下RBO = 1。本端鈕主要用于顯示多位數(shù)字時(shí)，多個(gè)譯碼器之間的連接。本設(shè)計(jì)將RBI、LT、RBO都置高電平。Vcc rgabedemmnnnm1615U1312II109I23456Z I, 3 |1A GNOL

15、IULI LJLJLJULJliC LF BPRBO Rffl D74LS48管腳圖15WOO>04 "HBI -BI/RBO”LT74LS4eN0U1CKa443 叫 a aU2OLSME 沖 a4 cWCMion-CDA Ef DU374LS4BNVCC5VVCC5V1000A B C 4 E F aU4no顯示原理圖共陰數(shù)碼管選用限流電阻的原理：LED 一直工作在最大額定值。所以正向電流IF奉大額定值（一般是30mA） 根據(jù)常識(shí)我們可以知道，電流大，LED發(fā)光強(qiáng)，但消耗的功率大。電流小，LED發(fā)光小，消耗的功率小。通常電路用LED是做指示用途，電路的總體功耗要控制，不能都

16、消耗在指示燈上，當(dāng)然還要考慮電源的功率要滿足后面電路功耗的 要求，并且最好要有富裕。所以這個(gè) LED的正向電流我們選取20mA，正向壓降為3.3V。限流電阻可以根據(jù)下式計(jì)算：限流電阻=（電源電壓-LED正向穩(wěn)壓電壓）/要求的工作電流選取IF=20mA , VF=3.3V，電源電壓 Vcc=5V:限流電阻=（5V-3.3V） /20mA=85歐姆 通常取個(gè)好一點(diǎn)的值（也就是相近阻值的電阻）R=100Q 0在進(jìn)行本課程設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以在multisim軟件上進(jìn)行仿真，因此我們可以 選擇自帶譯碼功能的理想數(shù)碼管簡(jiǎn)化電路從而得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。仿真數(shù)碼管顯示電路如下VGGDCD HEXU10U3474LS1

17、9ZHuLfi'AT - -BQ cut，心U - >KMI5 ： ： j2R4 - l.DkC - ' rO0 罕丄-;-01L E:J -蚊J1 .R3IJD底5VA B c D'5V -Kev = fl L J k Lb -VGG:DCD HEX :In1D1 gVC一 LOAD cut ->oo丄：胡：74LS1OJ理想數(shù)碼管仿真電路6.4報(bào)警模塊電路當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)等。完成報(bào)警功能在進(jìn)行multisim仿真的時(shí)候應(yīng)該給發(fā)光二極管加一個(gè)限流電阻。電路如圖所示。長(zhǎng)丑LED1VCC5VR5W390：VCC光電報(bào)警電路7總結(jié)本設(shè)計(jì)包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼與顯示電路、報(bào)警電路和控制電路（輔助時(shí)序控制電路）等五個(gè)部分組成。計(jì)時(shí)電路遞減計(jì)時(shí)，每隔1秒鐘，計(jì)時(shí)器減1其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成30秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)器、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)