基于Proteus的籃球賽24秒倒計時器設(shè)計與仿真

1、    基于proteus的籃球賽24秒倒計時器設(shè)計與仿真    鐘鵬程摘 要：針對nba比賽規(guī)則，提出了一種基于proteus的籃球賽24秒倒計時器總體方案，詳細(xì)設(shè)計了各個模塊電路，分析了電路的工作原理。通過設(shè)計秒脈沖信號發(fā)生器電路、遞減計數(shù)器電路、譯碼顯示電路，完成了對籃球賽24秒倒計時器的電路設(shè)計?；趐roteus完成籃球賽24秒倒計時器仿真，實現(xiàn)了24秒倒計時、隨時置數(shù)、自動報警等功能。通過增加獨立按鍵電路和編碼器電路對籃球賽24秒倒計時器進行改進，實現(xiàn)了能夠任意置數(shù)的功能。關(guān)鍵詞：proteus;倒計時器;電路設(shè)計;仿真1 概述隨著籃球運動的

2、普及和nba比賽在世界的風(fēng)靡，籃球比賽的24秒倒計時器已被廣泛采用。在籃球比賽中，當(dāng)某隊獲得新的球權(quán)時，24秒倒計時器將啟動，擁有球權(quán)的隊伍必須在獲得球后的24秒內(nèi)投籃，否則就是24秒違例。目前，國內(nèi)常見的24秒倒計時器設(shè)計方式主要有2種：一種是采用常規(guī)的ttl或coms邏輯器件進行硬件連接，大多采用帶有面包板和各種信號源的硬件平臺;另一種是采用eda技術(shù)，借助計算機輔助設(shè)計軟件進行電路的設(shè)計與調(diào)試。1兩種方法相比較，在硬件平臺上進行電子設(shè)計，所用的集成電路芯片元件要常在管座上拔插，甚至?xí)鹪骷蛢x器設(shè)備的損壞等問題，而采用eda技術(shù)十分省時和方便。隨著電子和計算機技術(shù)的進步，推動了eda

3、技術(shù)的普及與發(fā)展，計算機輔助設(shè)計與仿真得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。proteus是英國著名的eda工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到pcb設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計，是將電路設(shè)計與仿真、pcb設(shè)計和虛擬模型仿真三合一的設(shè)計軟件平臺。2本文基于proteus設(shè)計了籃球賽24秒倒計時器，并可應(yīng)用到實際的比賽中，對進攻時間進行24秒的限制，還具有自動報警功能。2 倒計時器的電路設(shè)計2.1 總體方案設(shè)計籃球賽24秒倒計時器的總體方案結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括秒脈沖信號發(fā)生器、遞減計數(shù)器、置數(shù)控制開關(guān)、報警電路、譯碼電路和數(shù)碼管等，并能實現(xiàn)如下功能：（1）24

4、秒倒計時顯示功能，采用數(shù)碼管顯示;（2）設(shè)置外部控制開關(guān)，控制計數(shù)器的重置24秒功能;（3）計數(shù)器遞減至0時，數(shù)碼管顯示“00”，同時發(fā)出報警信號。2.2 秒脈沖信號發(fā)生器電路設(shè)計用555定時器及少量電阻電容構(gòu)成多諧振蕩器，3用來當(dāng)作秒脈沖信號發(fā)生器電路，如圖2所示。在圖2中，令r1=571.4，r2=714k，c1=1uf，c2=0.01uf，則t=tw1+tw2=0.7（r1+r2）c1+0.7r2c1=1s。這樣，在引腳3輸出一個周期為1s的方波，作為74ls192芯片的時鐘脈沖信號。2.3 遞減計數(shù)器電路設(shè)計遞減計數(shù)器電路主要由兩片74ls192芯片級聯(lián)加上一個或非門構(gòu)成，即24秒倒計

5、時計數(shù)器電路，并包含報警電路，將低位片的借位端輸出信號作為高位片的觸發(fā)脈沖信號，實現(xiàn)兩位數(shù)計數(shù)，如圖3所示。74ls192是雙時鐘可逆同步十進制計數(shù)器。4當(dāng)74ls192用作減計數(shù)器時，必須確保cpu=1（圖中為up=1），cpd（圖中為dn）輸入時鐘脈沖信號。因此，74ls192（低位）的cpd與555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的輸出端相連，以確保減計數(shù)器每秒鐘減1。ld為兩個74ls192的公共置位端，當(dāng)ld=0時，兩個74ls192的ld=0（圖中為pl=0），所以q23q22q21q20=0010，q13q12q11q10=0100。再令ld=1，計數(shù)器開始作減計數(shù)。當(dāng)q13q12q11q

6、10=0000且q23q22q21q200000時，74ls192（低位）的tcd端發(fā)出借位下跳變脈沖，使74ls192（高位）輸出的數(shù)減1。設(shè)led端為報警端，當(dāng)q13q12q11q100000或q23q22q21q200000時，led=1+tcd=0，其中tcd在發(fā)出借位下跳變脈沖時為低電平，其余情況為高電平，且或非門的輸入端至少有一個為高電平。當(dāng)計數(shù)器的輸出端全為0時，兩個74ls192的tcd端同時發(fā)出借位下跳變脈沖，導(dǎo)致led為反相的脈沖信號，作用于兩個74ls192的清零端cr（圖中為mr），使計數(shù)器輸出始終為0。led端與發(fā)光二極管相連，仿真時用邏輯探針logicprobebi

7、g代替發(fā)光二極管，計數(shù)器的輸出端全為0時，發(fā)光二極管時亮?xí)r滅，即報警系統(tǒng)發(fā)出報警。在任何情況下令ld=0，都會使數(shù)碼管顯示的數(shù)字重置為24，即q23q22q21q20=0010，q13q12q11q10=0100。2.4 譯碼顯示電路設(shè)計譯碼顯示電路由兩片74ls48芯片和兩個數(shù)碼管構(gòu)成，如圖4所示，其中兩個74ls48的a、b、c、d四個引腳分別與兩個74ls192的四個輸出端相連，每個74ls48與一個數(shù)碼管相連。3 電路仿真與分析24秒倒計時器的仿真電路如圖5所示。在proteus中連接好電路以后，點擊開始按鈕運行仿真。首先，令兩個74ls192的ld端輸入低電平，數(shù)碼管顯示數(shù)字24，相

8、當(dāng)于報警燈的輸出端為低電平，如圖6（a）所示。緊接著，讓兩個74ls192的ld端輸入高電平，此時數(shù)碼管顯示的數(shù)字開始倒計時，即每隔1秒鐘，數(shù)碼管顯示的數(shù)字減1，相當(dāng)于報警燈的輸出端為低電平，倒計時過程中的一幕如圖6（b）所示。當(dāng)數(shù)碼管顯示的數(shù)字為00時，數(shù)碼管顯示的數(shù)字不變，相當(dāng)于報警燈的輸出端開始不斷地高低電平轉(zhuǎn)換，所連的發(fā)光二極管忽亮忽滅，仿真過程中用來代替發(fā)光二極管的logicprobebig不斷地進行高低電平轉(zhuǎn)換（之前一直是低電平），如圖6（c）所示。在任意情況下，令兩個74ls192的ld端輸入低電平，都會使數(shù)碼管顯示的數(shù)字重置為24。4 倒計時器電路改進為了實現(xiàn)倒計時器能夠任意置

9、數(shù)，而不是只能置數(shù)為24，對原電路做了一些改進，在原先設(shè)計的電路基礎(chǔ)上，再增加獨立按鍵和編碼器2個電路模塊。4.1 獨立按鍵電路設(shè)計獨立按鍵電路如圖7所示，該電路由10個獨立按鍵和10個4.7k的電阻組成，10個按鍵分別代表0-9十個數(shù)字。當(dāng)其中一個按鍵按下時，例如將k0按下，它所對應(yīng)的右邊的端口輸出低電平，即keyin0=0。當(dāng)松開這個按鍵時，它所對應(yīng)的右邊的端口輸出高電平，即keyin0=1。其余按鍵的原理與該按鍵相同。這種獨立按鍵電路需要兩個，分別代表數(shù)字的十位和個位。4.2 編碼器電路設(shè)計編碼器電路如圖8所示，主要由兩片74ls148芯片和少許門電路構(gòu)成，兩片74ls148的10個輸入

10、端分別與獨立按鍵電路的10個輸出端相連。74ls148（高位）的st=0（圖中為ei=0），所以74ls148（高位）能夠正常工作。將高位片選通輸出端ys（圖中為eo）接到低位片選通輸入端st（圖中為ei），高位片in2-in7（圖中為2-7引腳）全部接高電平。當(dāng)keyin8或keyin9輸入線中有一個為低電平時，則高位片的ys=1（圖中為eo=1），使低位片的st=1（圖中為ei=1），則低位片輸出被封鎖，低位片y2-y1-y0-=111，此時該編碼器電路的四個輸出端y3y2y1y0取決于高位片y2-y1-y0-的輸出。當(dāng)keyin8=keyin9=1時，則高位片的ys=0，使低位片的st=

11、0，則低位片正常工作，高位片y2-y1-y0-=111，此時該編碼器電路的四個輸出端y3y2y1y0取決于低位片y2-y1-y0-的輸出。這種編碼器電路需要兩個，每個編碼器電路的輸入端與獨立按鍵電路的輸出端相連，輸出端與倒計時計數(shù)器的74ls192的輸入端相連。這種編碼器電路實現(xiàn)了十進制數(shù)字轉(zhuǎn)換成8421bcd碼。5 結(jié)語在本文提出的籃球賽24秒倒計時器總體方案基礎(chǔ)上，詳細(xì)設(shè)計了秒脈沖信號發(fā)生器電路、遞減計數(shù)器電路、譯碼顯示電路等各個模塊電路，分析了電路的工作原理?；趐roteus完成24秒倒計時器仿真，實現(xiàn)了24秒倒計時、隨時置數(shù)、自動報警等功能。通過增加獨立按鍵和編碼器2個電路模塊，對24秒倒計時器進行了改進，實現(xiàn)了倒計時器的任意置數(shù)功能。根據(jù)改進后的電路，完成了pcb設(shè)計和硬件制作，通過試用，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計效果。參考文獻(xiàn)：1李要球，祝曉鳳，周琳.基于multisim7軟件的24秒倒計時器的設(shè)計與仿