籃球競賽24s計(jì)時(shí)器

1、電子課程設(shè)計(jì)籃球競賽 24s 計(jì)時(shí)器學(xué)院：電子信息工程學(xué)院專業(yè)：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：2014年 12月目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 3二、總體框圖 3三、選擇器件 4四、功能模塊 10五、總體設(shè)計(jì)電路圖 1417六、硬件調(diào)試 17七、心得與總結(jié)籃球競賽 24s 計(jì)時(shí)器、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、設(shè)計(jì)一個(gè)具有顯示 24S 計(jì)時(shí)功能的籃球競賽計(jì)時(shí)器。2、設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動和暫停 / 連續(xù)功能3、計(jì)時(shí)器為 24S 遞減計(jì)時(shí)器，其時(shí)間間隔為 0.01 秒。4、計(jì)時(shí)器減計(jì)時(shí)到零時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號。、基本原理與電路框圖1. 電路框圖籃球競賽 24秒計(jì)時(shí)器的電路框圖如圖 2-1 所示。計(jì)數(shù)器十位

2、顯示個(gè)位顯示報(bào)警電路計(jì)數(shù)器秒脈沖觸發(fā)器控制電路圖 2-1 電路框圖2. 基本原理(1) 24秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如圖 1 所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助時(shí)序控制電路(簡稱控制電路)等五個(gè)模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成 24 秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時(shí)時(shí)間到報(bào)警等功能。(2) 秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計(jì)對 此信號要求并不太高，故電路可采用 555 集成電路或由 TTL 與非門組成的多諧 振蕩器構(gòu)成。(3) 譯碼顯示器是 DCD

3、_HEX 七段發(fā)光二極管。報(bào)警電路在實(shí)驗(yàn)中可用發(fā) 光 二極管和蜂鳴器組成。三 、選擇器件1. 原件清單該設(shè)計(jì)所用的器件如表 3-1 所示。表 3-1 元器件清單序號用途型號數(shù)量1十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1922片2多諧振蕩器CM5551片3二輸入或門74LS321片4二輸入與門74LS081片5八輸入或門1片6六輸入或非門1個(gè)7數(shù)碼管2個(gè)8燈泡1個(gè)9蜂鳴器1個(gè)10電阻、電容若干2. 元件介紹1)74LS19274LS192為可置數(shù)的同步十進(jìn)制雙時(shí)鐘加減計(jì)數(shù)器， 如圖 3-1 所示它具有上 升沿有效的加計(jì)數(shù)時(shí)鐘端 UP 和減計(jì)數(shù)時(shí)鐘端 DOWN ；該計(jì)數(shù)器具有異步清零 端，當(dāng)清零信號 CLR 為高電

4、平時(shí)，實(shí)現(xiàn)清零功能；該計(jì)數(shù)器還有異步置數(shù)功能， 當(dāng)置數(shù)信號 LOAD 為低電平時(shí)，實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)，且計(jì)數(shù)值為 9 時(shí)，進(jìn)位端 CO 輸出寬度等于加計(jì)數(shù)脈沖 UP的低電平脈沖；當(dāng)計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)，且計(jì)數(shù)值為 0 時(shí)，借位端 BO 輸出寬度等于減計(jì)數(shù)脈沖 DONW 的低電平脈沖。 執(zhí)行加數(shù)功能時(shí)，減計(jì)數(shù)端 DOWN 接高低電平，計(jì)數(shù)脈沖由 UP 端輸入；執(zhí)行 減數(shù)功能時(shí)，加數(shù)端 UP接高電平，計(jì)數(shù)脈沖由減數(shù)端 DOWN 輸入。 74LS192 的管腳圖如圖 3-1 所示。 74LS192的功能表如表 3-2 所示。ABCABCQQQLOAD圖 3-1 74LS192 的管腳圖表 3-2 7

5、4LS192 功能表輸入輸出CRLD'UPDOWNDCBAQDQCQBQA1*000000*abcdabcd011*加計(jì)數(shù)功能011*減計(jì)數(shù)功能（2）555定時(shí)器555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用 雙極性工藝制作的稱為 555。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬， 可在 4.5V16V 工作。 555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可 以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所需的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等 值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個(gè) 基準(zhǔn)電壓 VCC /3 和 2VCC /3 。 其邏輯框圖555定

6、時(shí)器的邏輯框圖如圖 3-2 所示圖 3-2 555 邏輯框圖 內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)555定時(shí)器的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)如圖 3-3 所示。圖 3-3 555 內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)D 功能表在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器 A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為 2VCC,1VCC 33 的情況下， 555時(shí)基電路的功能表如表 3-3 所示。表 3-3 555 時(shí)基電路的功能表清零端 RD高觸發(fā)端 TH低觸發(fā)端 TLQn+1放電管 T功能00導(dǎo)通直接清 零123VCC13VCC0導(dǎo)通置012VVCC3VCC31截止置11VCC31VCC3Qn不變保持（3）數(shù)碼管 數(shù)碼管按照其發(fā)光二極管的連接方式不同， 可分為共陽極和共陰極兩種。

7、 共 陰極是指數(shù)碼管中所有發(fā)光二極管的陰極連在一起接低電平，而陽極分別由a、b、c、d、e、f 輸入信號驅(qū)動，當(dāng)某個(gè)輸入為高電平時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮； 共陽極數(shù)碼管則相反， 它的所有發(fā)光二極管的陽極連在一起接高電平， 而陰極分 別由 a、b、c、d、e、 f 輸入信號驅(qū)動，當(dāng)某個(gè)輸入為低電平時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二 極管點(diǎn)亮。由于計(jì)數(shù)器輸出的是 8421BCD 碼，數(shù)碼管不能直接顯示成數(shù)字，為了讓數(shù) 碼管顯示人們看懂的數(shù)字，就需要把計(jì)數(shù)器輸出的 8421BCD 碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管顯 示的阿拉伯?dāng)?shù)字，這就需要譯碼器的翻譯。本設(shè)計(jì)采用 DCD_HEX 七段發(fā)光二極管譯碼顯示器。 DCD_HEX 為共陰極

8、LED數(shù)碼管。顯示器引腳從左到右依次為： 4,3,2,1。該顯示包含了譯碼功能，所 以無需專門的譯碼器。 數(shù)碼管的符號如圖 3-4 所示。4)與門與門是實(shí)現(xiàn)“與”運(yùn)算的門電路。與門的邏輯符號如圖 3-5 所示，與門的功能表如表 3-4 所示圖 3-5 與門的邏輯符號表 3-4 與門的功能表輸入輸出ABY000010100111(5) 或門或門是實(shí)現(xiàn)邏輯“或”運(yùn)算的邏輯電路。或門的電路圖如圖 3-6 所示，或門 的功能表如表 3-5 所示圖 3-6 或門的符號表 3-5 或門的功能表輸入輸出ABY0000111011116）或非門或非門實(shí)現(xiàn)或非邏輯。其符號如圖 3-7 所示。圖 3-7 或非門的

9、符號其功能表(真值表)如表 3-6 所示。表 3-6 或非門真值表輸入輸出ABY001010100110四 、功能模塊1. 秒脈沖發(fā)生器用 555 集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器組成的秒脈沖發(fā)生器。原理與功能見 上頁，公式如下： Tw1=0.7 (R2 +R1) C1 Tw2=0.7R1 C1。 振蕩周期計(jì)算公式： T=0.7 (R2+2R1) C10.01s。秒脈沖發(fā)生器的電路圖如圖 4-1 所示。圖 4-1 秒脈沖發(fā)生器2. 24S倒計(jì)時(shí)電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制遞減，所以該電路需要使用兩個(gè)十進(jìn)制同 步 減法計(jì)數(shù)，因此使用 2 個(gè) 74LS192 芯片級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)技術(shù)功能；又因?yàn)樵撚?jì)數(shù)器 是

10、24 進(jìn)制循環(huán)，所以還使用了 8 輸入或門。74LS192 級聯(lián)是把兩個(gè)置數(shù)段相連，因?yàn)橐笫沁f減的 24 進(jìn)制，所以把 up 端接在電源處，把第一個(gè)芯片的減計(jì)數(shù)脈沖 DOWN 與第二個(gè)芯片的借位端 BO 相連；另一要求是 24進(jìn)制循環(huán)，因此還需要使用 8 輸入或門來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)芯 片計(jì)數(shù)到“ 00”時(shí)，8輸入或門輸出“ 0”送給置數(shù)端，使芯片又顯示成“ 24”,24 秒倒計(jì)時(shí)電路的電路圖如圖 4-2 所示。圖 4-2 24s 倒計(jì)時(shí)電路3. 控制開關(guān)的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)的要求，要實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的暫停、置數(shù)和回秒控制，所以需要設(shè)計(jì)三個(gè)開關(guān)來控制電路（1）置數(shù)開關(guān)、清零開關(guān)該設(shè)計(jì)要求 24

11、進(jìn)制遞減且循環(huán)具有置數(shù)、清零的作用，因此需要加入與門 和或門。將 8 輸入或門的輸出端連接在與門的一端， 與門的另一端接在置數(shù)開關(guān) 之前；將或門的一端接在與門的輸出端， 或門另一端接在清零開關(guān)之后， 其輸出 端接在兩個(gè)芯片的置數(shù)端 LOAD 相連處。電路如圖 4-3 所示。U4CDHEXX14343DCD_HEX2.5 VU9VCC5VAQBQ CQDQAB CD5NPUDOWRLCDAOL10kOhm 5K%ey = 2R1J121NOR6V1100 Hz5 VNWOD PU RLC DAOLAB CDU274LS192DJ2Key = 1U8U3圖 4-3 置數(shù)、清零開關(guān)電路圖3）控制開關(guān)

12、因?yàn)?555產(chǎn)生秒脈沖全靠給 C2 充放電產(chǎn)生，所以只需中斷 C2的充放電即 可，所以在 C2 的另一端用一個(gè)開關(guān)控制接地，這就形成了暫停 /連續(xù)開關(guān)，暫停 開關(guān)的電路圖如圖 4-4 所示。4. 報(bào)警電路當(dāng)數(shù)碼管顯示 00 的時(shí)候，即倒計(jì)時(shí)結(jié)束，燈泡和蜂鳴器會發(fā)出報(bào)警。報(bào)警 電路如圖 4-5 所示。五、總體設(shè)計(jì)電路圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求用 555 集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器組成的秒脈沖發(fā)生器。 實(shí)現(xiàn) 二十四進(jìn)制遞減，所以該電路需要使用兩個(gè)十進(jìn)制同 步減法計(jì)數(shù)，因此使用 2 個(gè) 74LS192 芯片級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)技術(shù)功能；又因?yàn)樵撚?jì)數(shù)器是 24 進(jìn)制循環(huán)，所以還使用了 8輸入或門。要實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的暫停、 置數(shù)和

13、回秒控制， 所以需要設(shè)計(jì)三個(gè) 開關(guān)來控制電路。當(dāng)數(shù)碼管顯示 00 的時(shí)候，即倒計(jì)時(shí)結(jié)束，燈泡和蜂鳴器會發(fā)出報(bào)警?；@球競賽24 秒計(jì)時(shí)器是的總體電路如圖 5-1 所示VCC5VU4U343DCD_DCD_D_HEXU9U174LS192DU5OR8NOR6X1QQQQU274LS192DABCDADNABC D LAOLCR PUDOW 5 0 1 4NWODPU RLDAOLVCC5VR110kOhm K5%eyJ2R210kOhm_5%R32.2kOhm_5%VCCRSTOUTDISTHRTRICONGND476258U103C11.0uFC2 1 LM555CM1.0uF圖 5-1 籃球競

14、賽 24 秒計(jì)時(shí)器總體電路1. 計(jì)時(shí)預(yù)備階段，開始仿該設(shè)計(jì)是籃球球競賽 24 秒計(jì)時(shí)器，所以要求是 24 進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)真時(shí)，置數(shù)、清零、暫停 3 個(gè)開關(guān)全都處于斷開狀態(tài)，數(shù)碼管顯示的是 24。電 路如圖 5-2 所示。圖 5-2 計(jì)時(shí)具備階段電路2. 計(jì)時(shí)階段電路開始計(jì)時(shí)的電路圖如圖 5-3 所示。圖 5-3 電路計(jì)時(shí)階段的電路所示。圖 5-5 報(bào)警電路3. 暫停電路在電路運(yùn)行的狀態(tài)下， 按下開關(guān) 3使暫停開關(guān)接通， 計(jì)數(shù)停止，電路如圖 5-4圖 5-4 暫停電路4. 電路報(bào)警在電路運(yùn)行的狀態(tài)下，電路持續(xù)遞減直到數(shù)碼管顯示為“ 00”時(shí)，電路發(fā)生報(bào)警，燈 x1 亮，電路如圖 5-5 所示六、硬

15、件調(diào)試實(shí)驗(yàn)室里沒有足夠的元器件， 所以有些元件需要篩減并對主要電路進(jìn)行了硬 件操作驗(yàn)證。我只做了一個(gè) 74LS192異步置數(shù)從 9遞減到 0是把借位端 BO和非 門相連，之后非門輸出和置數(shù)端 LOWN相連；把清零端 CLR 接在開關(guān)上；因?yàn)閷?shí) 驗(yàn)室沒有四輸入或非門，因此可用或門和非門來替代，輸出端 Y 接在 LED 上。開關(guān) S1 接高電平顯示器顯示 0，接低電平正常工作。顯示器顯示 0 輸出端 Y 輸出 1，LED 燈亮，其他情況則不亮。七、設(shè)計(jì)心得與總結(jié)這次的課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了好多，通過 Multisim 軟件，可以很方便的實(shí)現(xiàn)計(jì) 算機(jī)仿真和虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法相比，通過 Multisim 仿真可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) 與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行， 且修改電路容易， 連線直觀。 但是在調(diào)試的過程中也遇到 了很多麻煩，浪費(fèi)了很多時(shí)間， 有的是電路圖設(shè)計(jì)的不對， 有的是因?yàn)閷壿嬰?路的理解不到位， 所以在修改的過程中困難也是不小的。 在這期間， 我查了很多 資料，有的器件在理論上可行， 但是在實(shí)際運(yùn)行的過程中確是不可以的， 因此我 有時(shí)得不到仿真的結(jié)