45秒籃球倒計時數(shù)電課程設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本電路主要由五個模塊構成：秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報警電路，主要采用555 作為振蕩電路, 由74LS192、74LS48 和七段共陰LED 數(shù)碼管構成計時顯示電路, 具有直接控制計數(shù)器啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、清零、譯碼顯示電路的顯示等功能。當控制電路的置數(shù)開關閉合時，在數(shù)碼管上顯示數(shù)字45，每當一個

2、秒脈信號輸入到計數(shù)器時，數(shù)碼管上的數(shù)字就會自動減1，當計時器遞減到零時，報警電路發(fā)出光電報警信號。整個電路的設計借助于Multisim 11.0仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關理論知識，并在Multisim 11.0下設計和進行仿真，得到了預期的結果。 </p><p><b>　　設計內(nèi)容及要求：</b></p><p>　　本設計主要能完成：顯示45秒倒計時功能；系

3、統(tǒng)設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時，數(shù)碼管顯示器全部顯示為“0”；計時器為45秒遞減計時其計時間隔為1秒；計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時發(fā)出光電報警信號等。 </p><p><b>　　方案論證及比較：</b></p><p>　　方案一：用555時基電路構成的多諧振蕩器來產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖，即輸出周期為1

4、秒的方波，接著將該信號送到計數(shù)器74LS192的CP減計數(shù)脈沖端,再通過譯碼器74LS48把輸入的8421BCD碼經(jīng)過內(nèi)部作和電路“翻譯”成七段輸出，這樣加在LED七段數(shù)碼管上顯示十進制數(shù)，然后在適當?shù)奈恢迷O置開關或控制電路即可實現(xiàn)計數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)、報警等功能。</p><p>　　方案二:由14位二進制串行計數(shù)器/分頻器和振蕩器CD4060、BCD同步加法計數(shù)器CD4518構成的秒信號發(fā)生器。

5、電路中利用CD4060組成兩部分電路。一部分是14級分頻器，其最高分頻數(shù)為16384；另一部分是由外接電子表用石英晶體、電阻及電容構成振蕩頻率為32768Hz的振蕩器。震蕩器輸出經(jīng)14級分頻后在輸出端Q14上得到1/2秒脈沖并送入由1/2 CD4518構成的二分頻器，分頻后在輸出斷Q1上得到秒基準脈沖。接著將該信號送到計數(shù)器74LS192的CP減計數(shù)脈沖端,再通過譯碼器74LS48把輸入的8421BCD碼經(jīng)過內(nèi)部作和電路“翻譯”成七段輸

6、出，這樣加在LED七段數(shù)碼管上顯示十進制數(shù)，然后在適當?shù)奈恢迷O置開關或控制電路即可實現(xiàn)計數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)、報警等功能。</p><p>　　方案三：用555時基電路構成的多諧振蕩器來產(chǎn)生頻率為10Hz的脈沖，再將該脈沖信號加到由74LS161構即周期為1秒，接著將該信號送到計數(shù)器74LS192的CP減計數(shù)脈沖端,再通過譯碼器74LS48把輸入的8421BCD碼經(jīng)過內(nèi)部作和電路“翻譯”成七段輸出，這

7、樣加在LED七段數(shù)碼管上顯示十進制數(shù)，然后在適當?shù)奈恢迷O置開關或控制電路即可實現(xiàn)計數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)、報警等功能。</p><p><b>　　方案選擇:</b></p><p>　　本課程設計中對秒脈沖信號的精度要求并不是很高，并且方案二中用CD4060和分頻器構成的基準秒脈沖發(fā)生電路較于前者要復雜的多，而且CD4060和CD4518我們平常很少用，對

8、其功能和引腳信息了解不多；雖然方案三的秒脈沖會穩(wěn)定些，但因為電路加入了74LS161用于異步清零法分頻而使電路變得復雜許多，為了更簡潔、方便、易于實現(xiàn)和各個功能，我們選用了方案一。</p><p><b>　　單元設計</b></p><p>　　3.1時間脈沖產(chǎn)生電路的設計</p><p>　　產(chǎn)生1Hz時間脈沖的電路圖</p>

9、<p>　　由于R1=15kΩ,R2=68kΩ, C1=10μF,C2=10nF T=(R1+2R2)C㏑2 ，算得T=1 s </p><p>　　3.2計數(shù)電路的設計</p><p>　　計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進行計數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設計中選用74LS192來實現(xiàn)要求的減

10、法計數(shù)功能。圖2.5是74LS192的管腳圖。</p><p>　　圖1.6 74LS192管腳圖</p><p>　　74LS192具有下述功能：</p><p>　　異步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。（此功能可實現(xiàn)計數(shù)器的清零）</p><p>　?、诋惒街脭?shù)：MR=0， =0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。&l

11、t;/p><p>　?、郾３郑?MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)</p><p>　?、芗佑嫈?shù)：CR=0, =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù)</p><p>　　⑤減計數(shù)：CR=0, =1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù)</p><p>　　按照課程設計任務書

12、要求，需要計時45s，因此該設計中需要用到一個四進制的減法計數(shù)器和一個十進制的減法計數(shù)器。我們可以用兩片74LS192來實現(xiàn)這兩個計數(shù)器。計數(shù)模塊中的兩片計數(shù)器的加計數(shù)器脈沖輸入端都要接高電平，且要將低位片的借位信號加到高位片的減計數(shù)脈沖輸入端。高位片計數(shù)器的借位信號控制報警信號，在進行減計數(shù)時，借位信號一直為高。45秒倒計時計數(shù)電路可以按照圖2.6連接。</p><p>　　圖1.7 45秒倒計時器的計數(shù)電路

13、</p><p>　　2.3.3 譯碼顯示電路</p><p>　　本次設計中我們用發(fā)光二極管（LED）組成字型來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。因為計算機輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進制數(shù)，就必須先把BCD碼轉換成 7 段字型數(shù)碼管所要求的代碼。我們把能夠將計算機輸出的BCD碼換成 7 段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進

14、制數(shù)的電路稱為“七段字型譯碼器”因此在本次的設計中我們采用了常用的74LS48。圖2.7是74LS48的外部管腳圖</p><p>　　圖1.8 74LS48管腳圖</p><p>　　七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設有多個輔助控制端，以增強器件的功能。 它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/RBO,現(xiàn)簡要說明如下： </p><

15、p>　　滅燈輸入BI/RBO </p><p>　　BI/RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當BI/RBO作輸入使用且BI＝0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入a～g均為0，所以字形熄滅。 </p><p><b>　　試燈輸入LT </b></p><p>　　當LT＝0時，BI/RBO是輸出端，且RBO＝1，此時

16、無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出a～g均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查7488本身及顯示器的好壞。 </p><p><b>　　動態(tài)滅零輸入RBI</b></p><p>　　當LT＝1，RBI＝0且輸入代碼DCBA＝0000時，各段輸出a～g均為低電平，與BCD碼相應的字形0熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以實現(xiàn)某一位的“消隱”。此時BI

17、/RBO是輸出端，且RBO=0。 </p><p><b>　　動態(tài)滅零輸出RBO</b></p><p>　　BI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當LT＝1且RBI＝0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。 </p><p>

18、　　對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT＝1，這時候，譯碼器各段a～g輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。</p><p>　　本次設計的譯碼顯示電路可以按照圖1.9連接電路</p><p>　　圖1.9 譯碼顯示電路</p><p><b>　　3.5 報警電路</b>&l

19、t;/p><p>　　設計中要求電路在計數(shù)為0時實現(xiàn)光電報警的功能。設計方案中發(fā)光二極管實現(xiàn)了這一功能。電路圖如下圖。當高位計數(shù)器的數(shù)值減到0時，向前借位借口~BO又高電平變?yōu)榈碗娖剑悬c路可知這是LED二極管亮，達到光電報警的作用。</p><p>　　圖1.10 光電報警電路</p><p>　　暫停、置位、清零控制電路</p><p>　

20、　暫停/連續(xù) 可以通過在將借位信號和暫停/連續(xù)控制信號和時序脈沖信號加到一起相與之后作用到個位計數(shù)器減計數(shù)脈沖輸入端，即實現(xiàn)計數(shù)器遞減計數(shù)到零時，顯示器不滅燈。連接電路如圖2.10的“暫停”，當開關打到低電平時計時器暫停，當開關打到高電平時計時器正常計時。</p><p>　　啟動置位 可通過192的 異步置數(shù)：MR=0 =0時，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 來使計時器置位啟動。LCAD（即）端的置位

21、功能連接如圖圖1.11。 </p><p>　　清零 可以通過192的 異步清零：MR=1時，Q3Q2Q1Q0=0000 來使計時器清零。CLR（即MR）端的清零功能的電路連接如圖圖1.11。</p><p>　　十位調(diào)整、個位調(diào)整控制電路圖如圖圖1.11</p><p>　　圖1.11 控制電路</p><p><b>　　

22、2.4 仿真原理圖</b></p><p>　　具有數(shù)字顯示的籃球競賽45S計時器的設計主要分為五個模塊：時鐘模塊（即秒脈沖發(fā)生模塊）、計數(shù)模塊、譯碼顯示模塊、輔助時序控制模塊（簡稱控制電路）和報警電路，總體仿真電路如下圖。打開仿真軟件Multisim 11.0按要求在Multisim 11.0里連接好如圖所示的電路后就可以按下F5就可以進行電路仿真了，最后的仿真結果是：計時器可以從45倒計時到0

23、停止，并且倒計時到0時二極管發(fā)光。同時也可以通過圖中的開關按鈕來完成時間的調(diào)整、置位、清零和暫停。</p><p>　　圖2.12 45秒倒計時器整體電路圖</p><p><b>　　2.2工作原理</b></p><p>　　由555 定時器輸出秒脈沖經(jīng)過U3入到計數(shù)器U2的DOWN端, 作為減計數(shù)脈沖。當計數(shù)器計數(shù)計到0 時, U2的(

24、 13) 腳輸出借位脈沖使十位計數(shù)器U1開始計數(shù)。當計數(shù)器計數(shù)到“00” 時LED1發(fā)光二極管亮, 即光電報警。若K2撥到左端,計數(shù)器立即復位置數(shù), K2撥到右端計數(shù)器又開始計數(shù)。若需要暫停時, 把K1撥到左端, 使計數(shù)器保持不變, 把K1撥到右端后, 計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)。把K3撥到右端為直接清零。</p><p>　　注：U3為74ls11，U1、U2為74ls192.</p><p>&l

25、t;b>　　設計特點及實用價值</b></p><p>　　在許多領域中計時器均得到普遍應用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機、還可以用來做時間提醒設備等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會是何其重要的。</p><p>　　籃球作為一項全民健身項目，已有一定的歷史。在中國，籃球很盛行，籃球比賽也日趨職業(yè)化?；@球比賽中時間要用

26、倒計時器，該計時器要有遞減計時及報警功能，因此符合比賽中的需要，所以，設計一款計時器是非常有必要也非常有前景的。</p><p><b>　　總結與心得體會</b></p><p>　　在本次的課程設計中通過自己找材料，分析、設計等，這為以后的學習做了鋪墊。整個設計實現(xiàn)了從單一的理論學習到解決實際問題的轉變。通過本次的課程設計，我最大的收獲就是提高了自身的動手能力，培

27、養(yǎng)了我的尋求解決問題的能力也增強了我其它方面的能力。在設計中，我充分應用我們所學的知識，例如：集成電路74LS系列、二極管、整定時器555等元件的應用。這次設計所用的的工具是Multisim 11.0,由于之前學過這軟件，所以畫圖和仿真就比較方便，使設計的質量得到了保證。</p><p>　　電子技術發(fā)展呈現(xiàn)出系統(tǒng)集成化，自動化，設計自動化，用戶專業(yè)化和測試智能的優(yōu)勢，作為一個大學生。我們必須時代的發(fā)展，這使我

28、們必須要擴展自己的知識，并利用計算機來輔助分析和設計，這對我們是有益的。</p><p>　　通過寫課程設計的總結報告，初步訓練我的書面表達能力，對我的將來就業(yè)和進一步發(fā)展幫助較大。同時也加強了對課本知識的理解，使我們做到理論和與實際的聯(lián)系。并且我也深深地體會到自己所學知識的不足，激發(fā)了我的自學能力和應對挑戰(zhàn)的能力。為今后學習打下了良好的基礎，也培養(yǎng)了我們嚴謹務實的作風。</p><p>