《45秒篮球倒计时数电课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《45秒篮球倒计时数电课程设计（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要 本电路主要由五个模块构成：秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路，主要采用555 作为振荡电路, 由74LS192、74LS48 和七段共阴LED 数码管构成计时显示电路, 具有直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、清零、译码显示电路的显示等功能。当控制电路的置数开关闭合时，在数码管上显示数字45，每当一个秒脉信号输入到计数器时，数码管上的数字就会自动减1，当计时器递减到零时，报警电路发出光电报警信号。整个电路的设计借助于Multisim 11.0仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim 11.0下设计和进行仿真，得到了预期的结果。 设计内容及要求：本
2、设计主要能完成：显示45秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器全部显示为“0”；计时器为45秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。 方案论证及比较：方案一：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为1秒的方波，接着将该信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段输出，这样加在LED七段数码管上显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，
3、启动和暂停/连续、报警等功能。方案二:由14位二进制串行计数器/分频器和振荡器CD4060、BCD同步加法计数器CD4518构成的秒信号发生器。电路中利用CD4060组成两部分电路。一部分是14级分频器，其最高分频数为16384；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768Hz的振荡器。震荡器输出经14级分频后在输出端Q14上得到1/2秒脉冲并送入由1/2 CD4518构成的二分频器，分频后在输出断Q1上得到秒基准脉冲。接着将该信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段输出，这样加在LE
4、D七段数码管上显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、报警等功能。方案三：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，再将该脉冲信号加到由74LS161构即周期为1秒，接着将该信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段输出，这样加在LED七段数码管上显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、报警等功能。方案选择:本课程设计中对秒脉冲信号的精度要求并不是很高，并且方案二中用CD4060和分频器构成
5、的基准秒脉冲发生电路较于前者要复杂的多，而且CD4060和CD4518我们平常很少用，对其功能和引脚信息了解不多；虽然方案三的秒脉冲会稳定些，但因为电路加入了74LS161用于异步清零法分频而使电路变得复杂许多，为了更简洁、方便、易于实现和各个功能，我们选用了方案一。单元设计3.1时间脉冲产生电路的设计产生1Hz时间脉冲的电路图由于R1=15k,R2=68k, C1=10F,C2=10nF T=(R1+2R2)C2 ，算得T=1 s 3.2计数电路的设计计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。本
6、次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。图2.5是74LS192的管脚图。 图1.6 74LS192管脚图74LS192具有下述功能： 异步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。（此功能可实现计数器的清零）异步置数：MR=0， =0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。保持： MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态加计数：CR=0, =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数减计数：CR=0, =1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数按照课程设计任务书要求，需要计时45s，因此该设计中需要用到一个四进制
7、的减法计数器和一个十进制的减法计数器。我们可以用两片74LS192来实现这两个计数器。计数模块中的两片计数器的加计数器脉冲输入端都要接高电平，且要将低位片的借位信号加到高位片的减计数脉冲输入端。高位片计数器的借位信号控制报警信号，在进行减计数时，借位信号一直为高。45秒倒计时计数电路可以按照图2.6连接。图1.7 45秒倒计时器的计数电路2.3.3 译码显示电路本次设计中我们用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成 7 段字型数码管
8、所要求的代码。我们把能够将计算机输出的BCD码换成 7 段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS48。图2.7是74LS48的外部管脚图图1.8 74LS48管脚图七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。 它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下： 灭灯输入BI/RBO BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，所以字形熄灭。 试灯输入LT 当LT
9、0时，BI/RBO是输出端，且RBO1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1,显示字形8。该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。 动态灭零输入RBI当LT1，RBI0且输入代码DCBA0000时，各段输出ag均为低电平，与BCD码相应的字形0熄灭，故称“灭零”。利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。 动态灭零输出RBOBI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT1且RBI0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，则RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接
10、。 对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。本次设计的译码显示电路可以按照图1.9连接电路图1.9 译码显示电路3.5 报警电路设计中要求电路在计数为0时实现光电报警的功能。设计方案中发光二极管实现了这一功能。电路图如下图。当高位计数器的数值减到0时，向前借位借口BO又高电平变为低电平，有点路可知这是LED二极管亮，达到光电报警的作用。图1.10 光电报警电路暂停、置位、清零控制电路暂停/连续 可以通过在将借位信号和暂停/连续控制信号和时序脉冲信号加到一起相与之后作用
11、到个位计数器减计数脉冲输入端，即实现计数器递减计数到零时，显示器不灭灯。连接电路如图2.10的“暂停”，当开关打到低电平时计时器暂停，当开关打到高电平时计时器正常计时。启动置位 可通过192的 异步置数：MR=0 =0时，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 来使计时器置位启动。LCAD（即）端的置位功能连接如图图1.11。 清零 可以通过192的 异步清零：MR=1时，Q3Q2Q1Q0=0000 来使计时器清零。CLR（即MR）端的清零功能的电路连接如图图1.11。十位调整、个位调整控制电路图如图图1.11图1.11 控制电路2.4 仿真原理图具有数字显示的篮球竞赛45S计时器的设计主要分为五
12、个模块：时钟模块（即秒脉冲发生模块）、计数模块、译码显示模块、辅助时序控制模块（简称控制电路）和报警电路，总体仿真电路如下图。打开仿真软件Multisim 11.0按要求在Multisim 11.0里连接好如图所示的电路后就可以按下F5就可以进行电路仿真了，最后的仿真结果是：计时器可以从45倒计时到0停止，并且倒计时到0时二极管发光。同时也可以通过图中的开关按钮来完成时间的调整、置位、清零和暂停。图2.12 45秒倒计时器整体电路图2.2工作原理 由555 定时器输出秒脉冲经过U3入到计数器U2的DOWN端, 作为减计数脉冲。当计数器计数计到0 时, U2的( 13) 脚输出借位脉冲使十位计数
13、器U1开始计数。当计数器计数到“00” 时LED1发光二极管亮, 即光电报警。若K2拨到左端,计数器立即复位置数, K2拨到右端计数器又开始计数。若需要暂停时, 把K1拨到左端, 使计数器保持不变, 把K1拨到右端后, 计数器继续计数。把K3拨到右端为直接清零。 注：U3为74ls11，U1、U2为74ls192.设计特点及实用价值在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做时间提醒设备等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。篮球作为一项全民健身项目，已有一定的历史。在中国，篮球很盛行，篮球比赛也日趋
14、职业化。篮球比赛中时间要用倒计时器，该计时器要有递减计时及报警功能，因此符合比赛中的需要，所以，设计一款计时器是非常有必要也非常有前景的。总结与心得体会在本次的课程设计中通过自己找材料，分析、设计等，这为以后的学习做了铺垫。整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力也增强了我其它方面的能力。在设计中，我充分应用我们所学的知识，例如：集成电路74LS系列、二极管、整定时器555等元件的应用。这次设计所用的的工具是Multisim 11.0,由于之前学过这软件，所以画图和仿真就比较方便，使设计的质量得到了保证。电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。通过写课程设计的总结报告，初步训练我的书面表达能力，对我的将来就业和进一步发展帮助较大。同时也加强了对课本知识的理解，使我们做到理论和与实际的联系。并且我也深深地体会到自己所学知识的不足，激发了我的自学能力和应对挑战的能力。为今后学习打下了良好的基础，也培养了我们严谨务实的作风。仿真结果：置数/启动暂停/继续清零
