課程設(shè)計(jì)籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器

1、目錄1 引言12 方案的選定22.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求22.2 計(jì)時(shí)器的特點(diǎn)及其應(yīng)用22.3 設(shè)計(jì)方案的比較與選定23電路設(shè)計(jì)原理與實(shí)驗(yàn)電路33.1試驗(yàn)理論分析33.2電路設(shè)計(jì)43.2.1 標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路的設(shè)計(jì)43.2.2 計(jì)數(shù)器電路的設(shè)計(jì)53.2.3 單元譯碼顯示電路的設(shè)計(jì)73.2.4 控制電路的設(shè)計(jì)83.2.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)84電源電路95電路的仿真106重要元器件引腳圖及邏輯圖126.1 74ls192資料126.2 74ls48資料13結(jié)束語(yǔ)14參考文獻(xiàn)15附錄1 原件清單16附錄2 原理圖17致謝1823摘 要 本設(shè)計(jì)主要是完成籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器，顯示24秒倒計(jì)時(shí)功能，系統(tǒng)設(shè)置外

2、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；在直接清零時(shí)，數(shù)碼管顯示器全部顯示為“0”；計(jì)時(shí)器為24秒遞減計(jì)時(shí)，其計(jì)時(shí)間隔為1秒；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。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)借助于multisim 10.0.1仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識(shí)，并在multisim 10.0.1下設(shè)計(jì)和進(jìn)行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。 關(guān)鍵字：計(jì)時(shí)器；數(shù)碼顯示器；multisimabstract this design aims at completing a twenty-four seconds times of basketball competition,sh

3、ows the functions of counting down twenty-four seconds and the settings of external switch,controls the timers function of clear,start,pause or continue.when cleared directly,the digital display shows nothing but zero.the twenty-four timer counts decending with interval of one second. besides,if the

4、 twenty-four timer decreases to zero,the light of the digital display is still on and gives out alarm signal at the same time. the design of all circuits depend on the multision 10.0.1 simulative software and the relevantly theorectical knowledge of digital logic circuits.with the instruction of mul

5、tision 10.0.1,we spare no effort to design and simulate the timer.finally, we get the expected result. key words: timer;digital display;multisim10.0.11 引言 隨著信息時(shí)代的到來(lái)，電子技術(shù)在社會(huì)生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，運(yùn)用模電和數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品成為了社會(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。在許多領(lǐng)域中，計(jì)時(shí)器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時(shí)報(bào)警器、游戲中的倒時(shí)器，交通信號(hào)燈、紅綠燈

6、、行人燈、還可以用來(lái)做為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時(shí)間提醒用藥等等，由此可見(jiàn)計(jì)時(shí)器在現(xiàn)代社會(huì)是何其重要的。2 方案的選定2.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求基本要求： 設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)器，要求具有顯示24秒計(jì)時(shí)功能。 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。 在直接清零時(shí)，要求數(shù)碼顯示器滅燈。 計(jì)時(shí)器為24秒遞減計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)間隔為1秒。提高要求：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)。2.2 計(jì)時(shí)器的特點(diǎn)及其應(yīng)用此籃球計(jì)時(shí)器操作方便，具有直接清零、啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能以及報(bào)警功能，大量的運(yùn)用在籃球比賽里。2.3 設(shè)計(jì)方案的比較與選定本設(shè)計(jì)的核心部分是要設(shè)計(jì)一個(gè)24s倒計(jì)

7、數(shù)器，并且對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中提到的各種控制要求，因此該系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生電路，計(jì)數(shù)器電路，譯碼顯示電路，控制電路和電路報(bào)警電路5部分。其中，計(jì)數(shù)器電路和控制電路時(shí)系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器電路完成24s倒計(jì)時(shí)功能，而控制電路具有直接控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)記數(shù)、暫停、連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。在操作直接清零開(kāi)關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器顯示零。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)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24s字樣；當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停。連續(xù)開(kāi)

8、關(guān)撥在暫停位置上時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，出于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停、連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在連續(xù)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如（1）、（2）。（1）方案1：秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器譯碼顯示控制電路報(bào)警電路外部操作開(kāi)關(guān) 圖1 整體方框圖一（2）方案2：秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器控制電路報(bào)警電路譯碼顯示外部操作開(kāi)關(guān) 圖2 整體方框圖二 方案一的控制電路對(duì)每一單元模塊實(shí)行獨(dú)立的控制，相對(duì)與方案2電路更具有穩(wěn)定性，所以我們選擇方案1。3電路設(shè)計(jì)原理與實(shí)驗(yàn)電路3.1試驗(yàn)理論分析（1）8421bcd碼24進(jìn)制數(shù)遞減計(jì)數(shù)器是由74ls192構(gòu)成的。74ls192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具有“異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進(jìn)位和借位輸出端。

9、在減計(jì)數(shù)時(shí)，當(dāng)需要進(jìn)行多級(jí)擴(kuò)展連接時(shí)，只要將低位的bo端接到高位的pd端 ，因?yàn)橹挥挟?dāng)?shù)臀黄挠?jì)數(shù)結(jié)果到零狀態(tài)時(shí)，bo才會(huì)有脈沖輸出，且以低電平作為有效輸出。只有當(dāng)?shù)臀籦o端發(fā)出借位脈沖，高位計(jì)數(shù)器才做減計(jì)數(shù)。當(dāng)高，低位計(jì)數(shù)器全為零時(shí)，且cpd為0時(shí)，置數(shù)端2，計(jì)數(shù)器完成并行置數(shù)，在pd端得輸入時(shí)鐘脈沖作用下，計(jì)數(shù)器進(jìn)入下一輪循環(huán)減計(jì)數(shù)。此計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為n=（00100100）=（24）10。.（2）輔助時(shí)序控制電路，由與非門(mén)電路控制時(shí)鐘信號(hào)cp的放行與禁止。（3）本設(shè)計(jì)要求計(jì)時(shí)的時(shí)間間隔為1s，輸出頻率為1hz，所以脈沖頻率要為10hz。采用由555集成塊組成的標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路。3.2電路設(shè)

10、計(jì)此計(jì)數(shù)器由秒脈沖發(fā)生電路，計(jì)數(shù)器電路，譯碼顯示電路，控制電路和電路報(bào)警電路5部分組成。3.2.1標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路的設(shè)計(jì) 秒脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的信號(hào)是電路的時(shí)序脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，本電路采用555集成電路構(gòu)成。圖3 標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖發(fā)生電路標(biāo)準(zhǔn)脈沖電路如上圖所示1，它由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，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和r2向電容c2充電，其上電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升至2/3vcc，使3腳輸出為低電平，同時(shí)放電三極管t導(dǎo)通，此時(shí)電容c2通過(guò)r2和t放電，2腳處電壓下降，當(dāng)2腳處電壓下降到vcc/3時(shí)，3腳處電壓翻轉(zhuǎn)為高電平，電容c2放電

11、所需的時(shí)間為 （1）當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，t截止，vcc將通過(guò)r1，r2向電容c2充電，2處電壓由vcc上升到2/3vcc所需時(shí)間為 （2）當(dāng)uc上升到2/3vcc時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到了一個(gè)周期性的矩形波。定時(shí)元件為15k、為68k、c為10f，產(chǎn)生1hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，振蕩器振蕩頻率計(jì)算公式 （3）3.2.2計(jì)數(shù)器電路的設(shè)計(jì)圖4 計(jì)數(shù)器及譯碼顯示電路計(jì)數(shù)器采用74ls192同步可逆雙時(shí)鐘計(jì)數(shù)器5，其管腳引線排列圖如圖4所示。74ls192的up/ down端分別是加/減計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端。在置數(shù)控制端load=1. 清零端clr=0的情況下，若down=1

12、，計(jì)數(shù)脈沖加入到up端，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計(jì)數(shù)，co端發(fā)出進(jìn)位負(fù)脈沖，若up=1，計(jì)數(shù)脈沖加入到down端，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計(jì)數(shù)，當(dāng)減計(jì)數(shù)到0時(shí)，bo借位輸出端發(fā)出借位負(fù)跳變脈沖。load為異步并行置數(shù)端，當(dāng)load=0時(shí)，計(jì)數(shù)器置數(shù)，load=1時(shí)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài).計(jì)數(shù)器及譯碼顯示電路如圖4所示。用兩片74ls192設(shè)計(jì)成二十四進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，由74ls48譯碼，7端碼顯示器顯示計(jì)時(shí)時(shí)間。計(jì)數(shù)器個(gè)位接成四進(jìn)制，置數(shù)端a.c .d 均接低電平“0”,計(jì)數(shù)器十位接成二進(jìn)制，a. b兩置數(shù)端接高電平“1”，c.d端接低電平“0”。計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)接入個(gè)位計(jì)數(shù)器的down減

13、脈沖輸入端（up端接高電平）。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到零時(shí)停止計(jì)數(shù)，為此，將十位計(jì)數(shù)器的bo借位端與脈沖信號(hào)源通過(guò)與門(mén)連接，使計(jì)數(shù)到零時(shí)，bo=0，封鎖cp信號(hào)，計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變，控制電路發(fā)出報(bào)警聲信號(hào)，使報(bào)警電路工作，信號(hào)燈亮。3.2.3 單元譯碼顯示電路的設(shè)計(jì) 圖5 單元譯碼顯示電路 用74ls48和共陰極led顯示器組成，如圖7所示，74ls48輸入信號(hào)為bcd碼，輸出端為a、b、c、d、e、f、g共七線，另有3條控制線。lt端為測(cè)試端。在lt端接高電平的條件下，無(wú)論輸入端a、b、c、d為何值，ag輸出全部為高電平，使7段顯示器件顯示“8”字型，此功能用于測(cè)試器件。rbi為滅零輸入

14、端。在bi/rbo=1的條件下，當(dāng)輸入a、b、c、d不全為零時(shí)，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。bi/rbo端為消隱輸入端。該輸入端具有最高級(jí)別的控制權(quán)，當(dāng)該端為低電平時(shí)，不管其他輸入端為何值，輸出端ag均為低電平，這可使共陰顯示器熄滅。另外，該端還有第二個(gè)功能滅零信號(hào)輸出端，當(dāng)該位輸入的a、b、c、d=0000時(shí)，此時(shí)輸出低電平；若該位輸入的a、b、c、d不等于零，則輸出高電平。若將rbi與bi/rbo配合使用，很容易實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示時(shí)的滅零控制。74ls48可直接驅(qū)動(dòng)共陰極led數(shù)碼管而不需要外界限流電阻。此處要是保持?jǐn)?shù)碼管不黑屏就將bi/rb0，rbi置1就可以了，lt是檢查數(shù)碼管的

15、好壞的，如果不需要的話直接接高電平。其他端口按照abcdefg的對(duì)應(yīng)關(guān)系連接好以保證顯示正確，確保接地成功。此處將bi/rb0、rbo、lt全部接高電壓，是為了讓數(shù)碼管正常工作，這三端只在焊接電路板時(shí)對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行好壞的檢測(cè)時(shí)使用。3.2.4 控制電路的設(shè)計(jì) 圖6 控制電路籃球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器功能控制由外部開(kāi)關(guān)控制實(shí)現(xiàn)，如圖8所示s1控制計(jì)數(shù)器的暫停/計(jì)數(shù)控制。s1為“1”時(shí)（左合），秒脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖信號(hào)被封鎖，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，當(dāng)s1為“0”時(shí)（右合），控制門(mén)電路打開(kāi)，秒脈沖信號(hào)送到計(jì)數(shù)器的減脈沖輸入端，開(kāi)關(guān)s3控制load的異步并行置數(shù)控制端，當(dāng)s3閉合時(shí)，load=0，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，s

16、3斷開(kāi)時(shí)，load=1，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài)。計(jì)數(shù)器清零由s2開(kāi)關(guān)控制，clr=1時(shí)計(jì)數(shù)器清零，clr=0時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)。3.2.5報(bào)警電路的設(shè)計(jì)圖7 放光報(bào)警電路如圖7所示，報(bào)警電路采用diode led型號(hào)發(fā)光二極管，發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦?。只有?dāng)外加的正向電壓使得正向電路足夠大時(shí)才發(fā)光，它的開(kāi)啟電壓比普通二極管的大，正向電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。當(dāng)24秒計(jì)時(shí)結(jié)束到00時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光提醒計(jì)時(shí)人員。4電源電路電源變壓器整流器濾波器穩(wěn)壓器u1u2u3u4圖8 直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖 電源變壓器是將交流電網(wǎng)220v的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐担缓笸ㄟ^(guò)整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓，尤其此脈

17、動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度的變化而變化，因而在整流、濾波電路之后，還需要穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 圖9 電源電路 直流穩(wěn)壓交流電經(jīng)過(guò)整流和濾波可以變成直流電，但是它的電壓是不穩(wěn)定的，供電電壓的變化或用電電流的變化，都能引起電源電壓的波動(dòng)。要獲得穩(wěn)定不變的直流電源，還必須再增加由7805穩(wěn)壓塊組成的直流穩(wěn)壓電路，圖中電流穩(wěn)壓交流電經(jīng)過(guò)橋堆的整流后，會(huì)產(chǎn)生紋波，很不穩(wěn)定，在其后面接c12，進(jìn)行濾波，由于電解電容具有電感性，無(wú)法完全消除紋波，這個(gè)時(shí)候

18、就需要再后面再并聯(lián)一個(gè)小電容c13，c12是輸入端的濾波電容，c14是輸出端的濾波電容，電路中7805是三端集成穩(wěn)壓器，輸出正5v直流電壓，輸入電壓至少大于7v，使輸入/輸出之間有2-3v及以上的壓差。5 電路的仿真 圖10 仿真圖將各部分電路模塊連接成完整的籃球競(jìng)賽24秒計(jì)數(shù)電路，如圖5所示?；@球競(jìng)賽24秒計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)之前，首先將控制開(kāi)關(guān)s3左合，使計(jì)數(shù)器清零端clr=1，計(jì)數(shù)器清零。此時(shí)，顯示器顯示“00“。然后將s3右合，使clr=0，不影響計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)。將計(jì)數(shù)/暫?？刂崎_(kāi)關(guān)s1右合，使計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。此時(shí)，控制開(kāi)關(guān)s1引入低電平，打開(kāi)控制門(mén)電路，秒脈沖信號(hào)將通過(guò)與非門(mén)和反相器

19、輸入到個(gè)位計(jì)數(shù)器的減計(jì)數(shù)輸入端down端。再將置數(shù)端控制門(mén)開(kāi)關(guān)s3閉合，使load=0，對(duì)74192進(jìn)行預(yù)置數(shù)。由于計(jì)數(shù)器已經(jīng)設(shè)置成二十四進(jìn)制，為此，顯示器將顯示24。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s3（load=1），計(jì)數(shù)器從二十四開(kāi)始減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)時(shí)間到，十位計(jì)數(shù)器的借位端bo=0，此信號(hào)將關(guān)閉控制門(mén)電路，秒脈沖信號(hào)被封鎖，計(jì)數(shù)器不能獲得計(jì)數(shù)脈沖而暫停計(jì)數(shù)，并保持零狀態(tài)不變，顯示器顯示“00”，一次計(jì)時(shí)完成。同時(shí)，控制電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警電路工作，信號(hào)燈亮。6重要元器件引腳圖及邏輯圖 6.1 74ls192資料 圖中：pl為置數(shù)端，cpu為加計(jì)數(shù)端，cpd為減計(jì)數(shù)端，tcu為非同步進(jìn)位輸出端， tcd為非同步借

20、位輸出端，p0、p1、p2、p3為計(jì)數(shù)器輸入端，mr為清除端，q0、q1、q2、q3為數(shù)據(jù)輸出端3。 圖11 74ls192的引腳排列及邏輯符號(hào)表一 74ls192真值表輸入 輸出mrplcpucpdp3p2p1p0q3q2q1q01000000dcbadcba011加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù)6.2 74ls48資料 圖12 74ls48邏輯圖輸出端（ag）為高電平有效，可驅(qū)動(dòng)燈緩沖器或共陰極vled。當(dāng)要求輸出015時(shí)，消隱輸入（bi)應(yīng)為高電平或開(kāi)路，對(duì)于輸出為0時(shí)還要求脈沖消隱輸入（rbi）為高電平或者開(kāi)路，當(dāng)（bi）為低電平時(shí)，不管其他輸入端狀態(tài)如何，ag均為低電平，讓rbi和地址端（a0a3

21、)均為低電平，并且燈測(cè)試端（lt）為高電平時(shí)，ag為低電平，脈沖消隱輸出（rbo）也變?yōu)榈碗娖?，?dāng)bi為高電平或開(kāi)路時(shí)，lt為低電平可使ag均為高電平4。表2 引出端符號(hào)a0a3譯碼地址輸入端bi/rbo消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）lt燈測(cè)試輸入端（低電平有效）rbi脈沖消隱輸入端（低電平有效）ag輸出結(jié)束語(yǔ) 本設(shè)計(jì)主要通過(guò)模塊化思想，逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需要達(dá)到的功能要求： 時(shí)鐘模塊為減計(jì)數(shù)器提供一個(gè)頻率為1hz的脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)間隔為1秒鐘；計(jì)數(shù)、譯碼顯示模塊主要是為了達(dá)到能顯示減計(jì)數(shù)功能；報(bào)警模塊是為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)減計(jì)數(shù)到零時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)；控制模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)、直接清零和暫停/連續(xù)功能。 至此，本設(shè)計(jì)能完成所有任務(wù)及要求。參考文獻(xiàn)1康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分).第四版.北京：高等教育出版社，2006：p34-p78.2康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分).第四版.北京：高等教育出版社，2006：p79-p113.3姜威主編，實(shí)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：北京理工大學(xué)出版社，2008：p44-p78.4彭介華主編，電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京：高等教育出版社，1998：p110-p145.5張玉璞，李慶常.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)m.北京：北京理工大學(xué)出版社，2001：p133-p145.6何希才主編，新型電子電路應(yīng)