籃球30s計(jì)時(shí)器課程設(shè)計(jì)_帶仿真效果圖(模塊分析詳細(xì))武漢科技大學(xué)

一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)籃球競賽30S計(jì)時(shí)器基本要求1、計(jì)時(shí)器為30S遞減計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)間隔為1S2、設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)數(shù)器的直接清零，啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能3、計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器閃爍，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)二、方案論證與設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)主要由一個(gè)555芯片產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖，通過控制電路直接加在遞減計(jì)時(shí)芯片74LS192上，通過七段譯碼顯示電路直接譯碼顯示。一用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(hào)加到由74LS161構(gòu)即周期為1秒，接著將該信號(hào)送到計(jì)數(shù)器74LS192的CP減計(jì)數(shù)脈沖端,再通過譯碼器74LS248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(dòng)和暫停/連續(xù)、報(bào)警等功能。二用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秒的方波，再將該脈沖信號(hào)送到DCD_HEX芯片上，經(jīng)過DCD_HEX內(nèi)部譯碼，使LED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(dòng)和暫停/連續(xù)、報(bào)警等功能。方案選擇通過原理分析和仿真實(shí)驗(yàn)等步驟比較后，采用方案二，更簡潔、方便、易于實(shí)現(xiàn)和各個(gè)功能。三、單元電路設(shè)計(jì)與電路原理本設(shè)計(jì)分為五個(gè)部分，脈沖震蕩電路、遞減計(jì)時(shí)電路、譯碼顯示電路、報(bào)警電路、最后控制電路。如下系統(tǒng)框圖圖1籃球計(jì)時(shí)器系統(tǒng)整體框圖下面是各個(gè)單元電路，如下一一贅述1、脈沖振蕩電路該電路由一個(gè)555芯片組成555芯片的工作原理見下表1表1555工作電壓表輸入輸出閾值輸入1觸發(fā)輸入2復(fù)位RST輸出OUT放電管XX00導(dǎo)通2/3VCC1/3VCC10導(dǎo)通1/3VCC1不變不變原理圖如下圖2555脈沖發(fā)射電路如上圖所示555電路脈沖計(jì)算周期為TR12R2C2；在本圖中R147K，R248K，C01U。計(jì)算下來周期大約為1S鐘。秒脈沖發(fā)生器遞減計(jì)時(shí)電路譯碼顯示電路控制電路報(bào)警電路2、遞減計(jì)時(shí)電路該電路由兩個(gè)74LS192芯片組成，實(shí)現(xiàn)30進(jìn)制的遞減計(jì)時(shí)功能，U2A,B,C,D以及U1C,D輸入端全部接地，U174LS192A,B輸入端接高電平，實(shí)現(xiàn)30進(jìn)制計(jì)數(shù)功能。74LS192功能表如下表274LS功能表輸入輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000DCBADCBA011加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù)單元電路圖如下圖2遞減計(jì)時(shí)電路圖中U1的DOWN端接在U2的BO端，構(gòu)成30S遞減計(jì)數(shù)器。3、譯碼顯示電路該譯碼顯示電路選用的是集成譯碼功能與七段顯示功能于一體的DCD_HEX芯片，運(yùn)用該芯片，使電路開機(jī)來簡潔，避免了有可能出現(xiàn)的比必要錯(cuò)誤。圖3譯碼顯示電路如上圖，直接將兩塊數(shù)碼管接在U1、U2端實(shí)現(xiàn)譯碼顯示功能。4、報(bào)警電路報(bào)警電路主要由一個(gè)喇叭和一個(gè)555多諧振蕩器組成。原理圖如下圖4報(bào)警電路如上圖，上面三個(gè)74LS02D直接接在U1的QC、QD、U2的QA、QB、QC、QD輸出端，當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí)，產(chǎn)生了6個(gè)低電平脈沖通過74LS02D接在74LS110上，使55RST端接受到一個(gè)高電平，助使555復(fù)位，輸出脈沖，作用與喇叭并報(bào)警。5、控制電路控制電路由兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)J4、J5和一個(gè)單刀單擲開關(guān)J1組成。它們的功能如下J1開始；J4暫停、繼續(xù)；J5復(fù)位清零；圖5控制電路如上圖，J1斷開，U1端A、B端接上高電平，顯示器上顯示30并開始遞減計(jì)數(shù)，四、總原理圖及元件清單通過以上分析，得總原理圖如下圖6總體原理圖表3元件清單元件清單555_VIRTUAL2個(gè)74LS04D3個(gè)電阻電容若干；DCD_HEX2個(gè)74LS08D2個(gè)開關(guān)74LS02D3個(gè)74LS20D1個(gè)單刀單擲1個(gè)74LS192D2個(gè)74LS110D1個(gè)單刀雙擲2個(gè)五、電路功能測試方案1、首先測試555脈沖。將示波器接在555芯片的OUT端，開始仿真，并斷開J1開關(guān)。雙擊示波器，如下圖圖7脈沖發(fā)射端仿真效果圖8555工作穩(wěn)定后的效果脈沖周期逐漸趨與平穩(wěn)，顯示器開始計(jì)時(shí)，該功能正常。2、測試復(fù)位電路當(dāng)顯示器正在計(jì)時(shí)時(shí)，單擊開關(guān)J5，使其接上高電平，顯示清零。如圖圖9測試復(fù)位清零3、測試暫停/繼續(xù)開關(guān)當(dāng)顯示器正在計(jì)時(shí)時(shí)，單擊下開關(guān)J4，計(jì)時(shí)暫停；再單擊下J4計(jì)時(shí)繼續(xù)。圖10暫停、繼續(xù)功能測試4、報(bào)警電路測試將示波器接在A1555OUT端，打開電路仿真開關(guān)，使計(jì)時(shí)30S并到零，發(fā)現(xiàn)OUT端脈沖輸出有很明顯的幅度變化，從零立即升為9V。報(bào)警測試比較成功。圖11計(jì)時(shí)到零時(shí)，報(bào)警電路的電壓變化圖12報(bào)警電路穩(wěn)定電壓圖如上圖穩(wěn)定后A1的穩(wěn)定脈沖。六、結(jié)論與心得這次課程設(shè)計(jì)很好的鍛煉了自己的知識(shí)實(shí)際應(yīng)用能力，使自己回顧了以前學(xué)過的數(shù)模電知識(shí)，并基本學(xué)會(huì)了MULTISIM軟件的基本用法，在一定程度上提高了自己的實(shí)踐能力。在寫這篇報(bào)告之前，通過網(wǎng)上查找相關(guān)芯片資料，參考書籍，以及同學(xué)的幫助。老師的指導(dǎo)，終于完成了該電路原理圖的設(shè)計(jì)，雖然在一些功能理論上支持，但是實(shí)際仿真卻達(dá)不到理想效果，比如，當(dāng)電路仿真開關(guān)打開時(shí)，555芯片卻不能立即產(chǎn)生1S脈沖，而是延遲一段時(shí)間，才開始發(fā)出脈沖，而且該脈沖也不是很穩(wěn)定，有時(shí)無緣由的停下，但是經(jīng)過自己細(xì)心的檢查，發(fā)現(xiàn)電路圖無任何問題等。在畫電路圖的時(shí)候，電路布線錯(cuò)綜復(fù)雜，很容易連錯(cuò)，比如本人第一次在仿真時(shí)，當(dāng)打開開關(guān)J1時(shí)，顯示器顯示70，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)是把U1的C端接上