籃球比賽進攻24秒多功能倒計時說明書

1、課程設計說明書 NO.1目 錄1. 課程設計的目的21.1設計背景 21.2設計要求22. 設計方案論證 3 2.1譯碼顯示電路 32.2脈沖產生電路（555定時器）62.3計數(shù)電路（74LS192D） 102.4控制電路（清零、置數(shù)、暫停、報警） 123. 設計結果與分析 134. 設計體會 155. 參考文獻 15附錄I：元器件清單16附錄II：Multisim10軟件介紹 16 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.2籃球比賽24秒多功能計時器1課程設計的目的此設計是脈沖數(shù)字電路的簡單應用，設計了籃球競賽24秒倒計時器。本人設計了一個籃球比賽計時器，可對比賽中進攻方的每次控球時間計時。該計

2、時器采用按鍵操作、顯示，非常實用。此計時器也可作為其他球類比賽的計時器。此計時器功能齊全，可以直接清零、啟動、暫停和連續(xù)以及具有報警功能，同時應用了七段數(shù)碼管來顯示時間。此計時器有了啟動、暫停和連續(xù)功能，可以方便地實現(xiàn)斷點計時功能，當計時器遞減到零時，會發(fā)出報警信號。本設計完成的中途計時功能，實現(xiàn)了在許多的特定場合進行時間追蹤的功能，在社會生活中也具有廣泛的應用價值。 30秒計時器具有顯示24秒的計時功能。 系統(tǒng)設置外部操作開關，控制計時器的直接置數(shù)、清零、啟動、和暫停功能。 計時器為24秒遞減計時時，其計時間隔為1秒。當計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，LED變亮報警。2設計方案論證

3、本實驗的核心部分是要設計一個24s計數(shù)器，并且對計數(shù)結果進行實時顯示，同時要實現(xiàn)設計任務中提到的各種控制要求，因此該系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時序控制電路(簡稱控制電路)和報警電路等5個部分構成。其中，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停、連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號之間的時序關系。在操作直接清零開關時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器顯示零。當啟動開關閉合時，控制電路應封鎖 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.3時鐘信號CP，同時計數(shù)器完

4、成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示30s字樣；當啟動開關斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；當暫停、連續(xù)開關撥在暫停位置上時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當暫停、連續(xù)開關撥在連續(xù)時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。系統(tǒng)設計框圖如圖下圖所示。暫停/繼續(xù)脈沖發(fā)射器譯碼器計時器LED顯示置數(shù)清零用發(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)碼管顯示出十進制數(shù)的電路稱為“七段字型譯碼

5、器”因此在本次的設計中我們采用了常用的74LS48。 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.4下面是利用74LS47驅動單位共陽極七段數(shù)碼管的電路圖：在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀地顯示出來，一方面供人們直接讀取測量和運算的結果；另一方 面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。因此，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設備不可缺少的部分。數(shù)字顯示電路通常由譯碼器、驅動 器和顯示器等部分組成，如下圖所示。 驅動器 顯示器 譯碼器 計數(shù)器下面對顯示器和譯碼驅動器分別進行介紹。 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.5數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產品，廣泛應用于各種數(shù)字

6、設備中，目前數(shù)碼顯示器件正朝著小型、低功耗、平面化方向發(fā)展。 數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字形重疊式，它是將不同字符的電極重疊起來，要顯示某字符，只須使相應的電極發(fā) 亮即可，如輝光放電管、邊光顯示管等。第二種是分段式，數(shù)碼是由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆劃組成，如熒光數(shù)碼管等。第三種是點陣式，它由一些按一定規(guī)律排列的可發(fā)光的點陣所組成，利用光點的不同組合便可顯示不同的數(shù)碼，如場致發(fā)光記分牌。 數(shù)字顯示方式目前以分段式應用最普遍，下圖表示七段式數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合方式，顯示015等阿拉伯數(shù)字。在實際應用中，1015并不采用，而是用2位數(shù)字顯示器進行顯示。分段式數(shù)碼管是利用不同發(fā)光

7、段組合的方式顯示不同數(shù)碼的。因此，為了使數(shù)碼管能將數(shù)碼所代表的數(shù)顯示出來， 必須將數(shù)碼經譯碼器譯出，然后經驅動器點亮對應的段。例如，對于8421碼的0011狀態(tài)，對應的十進制數(shù)為3，則譯碼驅動器應使 a、b、c、d、g各段點亮。即對應于某一組數(shù)碼，譯碼器應有確定的幾個輸出端有信號輸出，這是分段式數(shù)碼管電路的主要特點。74LS48為4線七段譯碼器/驅動器（BCD輸入，有上拉電阻），其輸出端（YaYg）為高電平有效，可驅動燈緩沖器或共陰極VLED。 當要求輸出015時，消隱輸入（BI）應為高電平或開路，對于輸出為0時還要求脈沖消隱輸入（RBI）為高電平或者開路。 當BI為低電平時，不管其它輸入端狀

8、態(tài)如何，YaYg均為低電平。 當RBI和地址端（A0A3）均為低電平，并且燈測試輸入端（LT）為高電平時，Ya Yg為低電平，脈沖消隱輸出（RBO）也變?yōu)榈碗娖健?當BI為高電平或開路時，LT為低電平可使YaYg均為高電平。 48與248的引出端排列、功能和電特性均相同，差別僅在顯示6和9,248所顯示的6和9比48多出上杠和下杠。引出端符號： A-D 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 燈測試輸入端（低電平有效） 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.6RBI 脈沖消隱輸入端（低電平有效） a-g 段輸出 74LS48引腳圖555定時器主要是

9、通過外接電阻R和電容器C構成充、放電電路,并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開關管的通斷。這就很方便地構成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路、以及多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等脈沖波形產生和整形電路。NE555為8腳時基集成電路，各腳主要功能（集成塊圖在下面） 1地 GND 2觸發(fā) 3輸出 4復位 5控制電壓 6門限(閾值) 7放電 8電源電壓Vcc它是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定于數(shù)字鐘的質量。555定時器引腳圖如圖2-2-1，多諧振蕩器電路如圖2-2-2,555定時器原理圖2-2-3所示。 圖2-2-1 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.7圖2

10、-2-2圖2-2-3用555定時器構成多諧振蕩器：用555定時器構成多諧振蕩器電路如圖(a)所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號,利用電源VCC通過R1和R2向電容器C充電,使uC逐漸升高,升到2VCC/3時,uO跳變到低電平,放電端D導通,這時,電容器C通過電阻R2和D端放電,使uC下降,降到VCC/3時,uO跳變到高電平,D端截止,電源VCC又通過R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán),振蕩不停, 電容器C在VCC/3和2VCC/3之間充電和放電, 輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖(b)所示。 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.88 476 555 321 5R1R2ucC

11、+VDDuo0.01µFtuo0tw2tw1tuc0T（a）（b） 輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計算公式如下:tW10.7(R1R2)CtW20.7R2CTtW1tW20.7(R12R2)用555定時器構成施密特觸發(fā)器：用555定時器構成的施密特觸發(fā)器如圖(a)所示。將2管腳和6管腳連在一起作為信號輸入端即可。在輸入端外接三角波ui,當ui上升到2VCC/3時,輸出uO從高電平翻轉為低電平；當ui下降到VCC/3時,輸出uO從低電平翻轉為高電平。施密特觸發(fā)器將輸入的三角波整形為矩形波輸出。電路的工作波形如圖(b)所示。回差電壓電壓uVCCVCCVCC如圖所示：tuo0t

12、ui0（b）8 46 2 1 +VCCuiuo（a）555 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.9用555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：用555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖(a)所示。R、C是定時元件。輸入脈沖信號ui加于2管腳。輸入觸發(fā)信號ui的有效電平是低電平,當ui處于高電平時,放電端D導通,uC和uO均為低電平,電路為穩(wěn)態(tài)。當輸入觸發(fā)信號ui的下降沿到來時刻,2管腳電位瞬間低于VCC/3,使輸出uO變?yōu)楦唠娖?放電端D截止, 電源VCC通過電阻R向電容器C充電,使uC按指數(shù)規(guī)律上升,電路為暫穩(wěn)態(tài)。當uC上升到2VCC/3時,使輸出uO變?yōu)榈碗娖?D端導通,電容器C經D端迅速放電,暫態(tài)結束,

13、自動恢復到穩(wěn)態(tài),為下一個觸發(fā)脈沖的到來作好準備。波形圖如(b)所示。8 476 555 321 5R+VccucCuo0.01µFui（a）tui0tuc0tuo0tW（b）輸出脈寬tW是暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間為 tW1.1RC此電路要求輸入信號的負脈沖寬度一定要小于tW 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.10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。2.3.1 24秒倒計時電路計數(shù)器的倒計時功能。用兩片74LS192分別做個位（低位）和十位（高位）的倒計時計數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開始時的

14、“24”倒計到“00”然后停止，所以可以直接運用十進制的74LS192進行減計數(shù)。因為預置的數(shù)不是“00”，所以我選用置數(shù)端LOAD來進行預置數(shù)。低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖。24秒倒計時電路如圖： 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.112.3.2 74LS19274LS192 為可預置的十進制同步加/減計數(shù)器（雙時鐘），其清除端是異步的。當清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能；預置是異步的，當置入控制端（PL）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）即可預置成與數(shù)據輸入端（P0P3）相一致的狀態(tài)；計數(shù)是同步的，靠CPD、CP

15、U同時加在4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPD或CPU，此時另一個時鐘應為高電平。 當計數(shù)上溢出時，進位輸出端（TCU）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當計數(shù)下溢出時，錯位輸出端（TCD）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。 當把TCD和TCU分別連接后一級的CPD、CPU，即可進行級聯(lián)74LS192 引腳圖引出端符號 TCD 錯位輸出端（低電平有效）TCU 進位輸出端（低電平有效） CPD 減計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效） CPU 加計數(shù)時

16、鐘輸入端（上升沿有效） MR 異步清除端 P0P3 并行數(shù)據輸入端 PL 異步并行置入控制端（低電平有效） Q0Q3 輸出端 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.12當計數(shù)器74LS192的清零端CLR=1有效時，即可實現(xiàn)對電路進行清零；而當清零端無效，置數(shù)端LOAD=0有效時，即可實現(xiàn)對電路的置數(shù)；通過接一與非門對555脈沖發(fā)生器輸出端的脈沖信號進行控制，即可實現(xiàn)對整個電路進行暫停計時，為減小開關按鍵產生的機械抖動對計時電路的影響，應接一RS鎖存器；當計時器74LS192的借位輸出端有效時，即可實現(xiàn)報警。圖2-4-1控制電路圖 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.13從系統(tǒng)的設計要求可知 ,

17、 控制電路要完成以下三項功能：設定置數(shù)、清零當電路接通電源時，在J1斷開的情況下，“清零工作”開關執(zhí)“工作”時系統(tǒng)正常運作，數(shù)碼管的初始狀態(tài)為顯示24，計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)；“清零工作”開關執(zhí)“清零”時，計數(shù)器進行置數(shù)，完成復位功能。設定啟動、暫停當“暫停/連續(xù)”開關處于“暫?！蔽恢脮r，控制電路控制計數(shù)器暫停計數(shù)，顯示器上保持原來的數(shù)不變，“暫停/連續(xù)”開關處于“連續(xù)”位置時，計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。2.4.3設定24s報警當J1閉合的情況下計數(shù)器遞減計數(shù)到零 ( 即定時時間到 ) 時 , 控制電路應發(fā)出報警信號 ,即發(fā)光二極管LED發(fā)出光紅電報警信號，使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時報警電路工

18、作。為了方便控制操作，靈活更改預置數(shù)范圍，本設計使用了3個開關，其實際效用如下圖所示。開關名稱實際效用J1“開始與倒計時24s”開關J2“清零工作”切換開關J3“暫停連續(xù)“切換開關圖2-4-2 開關設置一覽表總電路圖如下： 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.14總電路圖 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.15通過這一周天的課程設計，我受益匪淺，收獲頗多。首先，通過這次課程設計使自己對課本上的知識可以應用于實際，使理論與實際相結合，加深自己對課本知識的更好理解，同時也鍛煉了我個人的動手能力：能夠充分利用圖書館去查閱資料，增加了許多課本以外的知識。更加了解了時序邏輯電路的設計步驟及方法。 對時

19、序邏輯電路的觸發(fā)方式的理解更加深刻即同步連接方式和異步連接方式的了解。把課本上的知識運用到實踐當中去，增加了對74LS47N，74LS192D,74LS00D和74LS10D的芯片引腳結構和功能的理解及運用，尤其是74LS192的清零端和進位端的功能的理解和運用，還有對555定時器引腳結構和功能的理解及運用。設計電路板的過程中，要考慮到整體的美觀性，連接電路時對各線路的連接要細致，引腳要足夠長，使其能夠接觸到計數(shù)器。驗證電路板時，出現(xiàn)了很多問題，其主要問題為線的引腳與電路板下面的線沒有接上而導致顯示錯誤。經過我無數(shù)次的實驗，反復的檢驗，在我的導師陳瑤老師細心的幫助下，我的這個設計終于變的完美無

20、瑕。在這個過程中，充分鍛煉了我的細心和耐性。使得我對于數(shù)電部分的學習有了充分的認識，并且我堅信這將是我學習數(shù)電的一個小小的開始，本次課程設計定會為我考上研究生打下深厚的基礎。1閻石.數(shù)字電子技術 M.第五版.北京:高教出版社,2010年.2黃志偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程M. 北京:電子工業(yè)出版社,2008年. 3胡玉建.Protel 99SE 原理圖與PCB及仿真M.北京:機械工業(yè)出版社,2010年. 4李景華.可編程邏輯器件及EDA技術M.沈陽：東北大學出版社,2009年.5陳曉文.電子線路課程設計M.北京:電子工業(yè)出版社,2008年. 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.16附錄I

21、：元器件清單元件名型號數(shù)量集成電路74LS192D2片74LS47N2片74LS00D1片74LS10D1片74LS04D2片74LS08D1片NE5551片電阻10k3只47 k2只0.2k1只5 k1只電容10uF1只1nF1只發(fā)光二極管紅色1只單位數(shù)碼管共陽極七段LED顯示器2只輕觸開關普通3只 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.17附錄II：Multisim10軟件介紹Multisim 的前身為EWB（Electronics Workbench）軟件。它以界面形象直觀、操作方便、分析功能強大、易學易用等突出優(yōu)點，早在20世紀90年代初就在我國得到迅速推廣，并作為電子類專業(yè)課程教學和實驗的一種輔助手段。21世紀初，EWB 5.0更新?lián)Q代推出EWB 6.0，并更名為Multisim 2001；2003年升級為Multisim 7.0；2005年發(fā)布Multisim 8.0時其功能已十分強大，能勝任電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、高