45秒籃球倒計(jì)時(shí)數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本電路主要由五個(gè)模塊構(gòu)成：秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報(bào)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(gòu)成計(jì)時(shí)顯示電路, 具有直接控制計(jì)數(shù)器啟動計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、清零、譯碼顯示電路的顯示等功能。當(dāng)控制電路的置數(shù)開關(guān)閉合時(shí)，在數(shù)碼管上顯示數(shù)字45，每當(dāng)一個(gè)

2、秒脈信號輸入到計(jì)數(shù)器時(shí)，數(shù)碼管上的數(shù)字就會自動減1，當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出光電報(bào)警信號。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)借助于Multisim 11.0仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識，并在Multisim 11.0下設(shè)計(jì)和進(jìn)行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要能完成：顯示45秒倒計(jì)時(shí)功能；系

3、統(tǒng)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；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45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)警信號等。 </p><p><b>　　方案論證及比較：</b></p><p>　　方案一：用555時(shí)基電路構(gòu)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(jì)數(shù)器74LS192的CP減計(jì)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(jìn)制數(shù)，然后在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置開關(guān)或控制電路即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)、報(bào)警等功能。</p><p>　　方案二:由14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器和振蕩器CD4060、BCD同步加法計(jì)數(shù)器CD4518構(gòu)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(gòu)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(gòu)成的二分頻器，分頻后在輸出斷Q1上得到秒基準(zhǔn)脈沖。接著將該信號送到計(jì)數(shù)器74LS192的CP減計(jì)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(jìn)制數(shù)，然后在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置開關(guān)或控制電路即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)、報(bào)警等功能。</p><p>　　方案三：用555時(shí)基電路構(gòu)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(gòu)即周期為1秒，接著將該信號送到計(jì)數(shù)器74LS192的CP減計(jì)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(jìn)制數(shù)，然后在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置開關(guān)或控制電路即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)、報(bào)警等功能。</p><p><b>　　方案選擇:</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)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(gòu)成的基準(zhǔn)秒脈沖發(fā)生電路較于前者要復(fù)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?yàn)殡娐芳尤肓?4LS161用于異步清零法分頻而使電路變得復(fù)雜許多，為了更簡潔、方便、易于實(shí)現(xiàn)和各個(gè)功能，我們選用了方案一。</p><p><b>　　單元設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　產(chǎn)生1Hz時(shí)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(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設(shè)計(jì)中選用74LS192來實(shí)現(xiàn)要求的減

10、法計(jì)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(shí)現(xiàn)計(jì)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?jì)數(shù)：CR=0, =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計(jì)數(shù)</p><p>　?、轀p計(jì)數(shù)：CR=0, =1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計(jì)數(shù)</p><p>　　按照課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

12、要求，需要計(jì)時(shí)45s，因此該設(shè)計(jì)中需要用到一個(gè)四進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)器和一個(gè)十進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)器。我們可以用兩片74LS192來實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)模塊中的兩片計(jì)數(shù)器的加計(jì)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(jì)數(shù)脈沖輸入端。高位片計(jì)數(shù)器的借位信號控制報(bào)警信號，在進(jìn)行減計(jì)數(shù)時(shí)，借位信號一直為高。45秒倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路可以按照圖2.6連接。</p><p>　　圖1.7 45秒倒計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)電路

13、</p><p>　　2.3.3 譯碼顯示電路</p><p>　　本次設(shè)計(jì)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(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制數(shù)，就必須先把BCD碼轉(zhuǎn)換成 7 段字型數(shù)碼管所要求的代碼。我們把能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)輸出的BCD碼換成 7 段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進(jìn)

14、制數(shù)的電路稱為“七段字型譯碼器”因此在本次的設(shè)計(jì)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(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。 它有3個(gè)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(shí)作為輸入，有時(shí)作為輸出。當(dāng)BI/RBO作輸入使用且BI＝0時(shí)，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(dāng)LT＝0時(shí)，BI/RBO是輸出端，且RBO＝1，此時(shí)

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(dāng)LT＝1，RBI＝0且輸入代碼DCBA＝0000時(shí)，各段輸出a～g均為低電平，與BCD碼相應(yīng)的字形0熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以實(shí)現(xiàn)某一位的“消隱”。此時(shí)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(shí)，受控于LT和RBI。當(dāng)LT＝1且RBI＝0，輸入代碼DCBA=0000時(shí)，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(shí)，多個(gè)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(shí)等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT＝1，這時(shí)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(shè)計(jì)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(bào)警電路</b>&l

19、t;/p><p>　　設(shè)計(jì)中要求電路在計(jì)數(shù)為0時(shí)實(shí)現(xiàn)光電報(bào)警的功能。設(shè)計(jì)方案中發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)了這一功能。電路圖如下圖。當(dāng)高位計(jì)數(shù)器的數(shù)值減到0時(shí)，向前借位借口~BO又高電平變?yōu)榈碗娖?，有點(diǎn)路可知這是LED二極管亮，達(dá)到光電報(bào)警的作用。</p><p>　　圖1.10 光電報(bào)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(shí)序脈沖信號加到一起相與之后作用到個(gè)位計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)脈沖輸入端，即實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí)，顯示器不滅燈。連接電路如圖2.10的“暫停”，當(dāng)開關(guān)打到低電平時(shí)計(jì)時(shí)器暫停，當(dāng)開關(guān)打到高電平時(shí)計(jì)時(shí)器正常計(jì)時(shí)。</p><p>　　啟動置位 可通過192的 異步置數(shù)：MR=0 =0時(shí)，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 來使計(jì)時(shí)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(shí)，Q3Q2Q1Q0=0000 來使計(jì)時(shí)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(gè)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(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)主要分為五個(gè)模塊：時(shí)鐘模塊（即秒脈沖發(fā)生模塊）、計(jì)數(shù)模塊、譯碼顯示模塊、輔助時(shí)序控制模塊（簡稱控制電路）和報(bào)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(jìn)行電路仿真了，最后的仿真結(jié)果是：計(jì)時(shí)器可以從45倒計(jì)時(shí)到0

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

24、 13) 腳輸出借位脈沖使十位計(jì)數(shù)器U1開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“00” 時(shí)LED1發(fā)光二極管亮, 即光電報(bào)警。若K2撥到左端,計(jì)數(shù)器立即復(fù)位置數(shù), K2撥到右端計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)。若需要暫停時(shí), 把K1撥到左端, 使計(jì)數(shù)器保持不變, 把K1撥到右端后, 計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)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(shè)計(jì)特點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值</b></p><p>　　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，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機(jī)、還可以用來做時(shí)間提醒設(shè)備等等，由此可見計(jì)時(shí)器在現(xiàn)代社會是何其重要的。</p><p>　　籃球作為一項(xiàng)全民健身項(xiàng)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(shí)間要用

26、倒計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器要有遞減計(jì)時(shí)及報(bào)警功能，因此符合比賽中的需要，所以，設(shè)計(jì)一款計(jì)時(shí)器是非常有必要也非常有前景的。</p><p><b>　　總結(jié)與心得體會</b></p><p>　　在本次的課程設(shè)計(jì)中通過自己找材料，分析、設(shè)計(jì)等，這為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊。整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從單一的理論學(xué)習(xí)到解決實(shí)際問題的轉(zhuǎn)變。通過本次的課程設(shè)計(jì)，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(qiáng)了我其它方面的能力。在設(shè)計(jì)中，我充分應(yīng)用我們所學(xué)的知識，例如：集成電路74LS系列、二極管、整定時(shí)器555等元件的應(yīng)用。這次設(shè)計(jì)所用的的工具是Multisim 11.0,由于之前學(xué)過這軟件，所以畫圖和仿真就比較方便，使設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到了保證。</p><p>　　電子技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出系統(tǒng)集成化，自動化，設(shè)計(jì)自動化，用戶專業(yè)化和測試智能的優(yōu)勢，作為一個(gè)大學(xué)生。我們必須時(shí)代的發(fā)展，這使我

28、們必須要擴(kuò)展自己的知識，并利用計(jì)算機(jī)來輔助分析和設(shè)計(jì)，這對我們是有益的。</p><p>　　通過寫課程設(shè)計(jì)的總結(jié)報(bào)告，初步訓(xùn)練我的書面表達(dá)能力，對我的將來就業(yè)和進(jìn)一步發(fā)展幫助較大。同時(shí)也加強(qiáng)了對課本知識的理解，使我們做到理論和與實(shí)際的聯(lián)系。并且我也深深地體會到自己所學(xué)知識的不足，激發(fā)了我的自學(xué)能力和應(yīng)對挑戰(zhàn)的能力。為今后學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，也培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的作風(fēng)。</p><p>