籃球比賽30秒倒計時電路設(shè)計

1、籃球競賽30s倒計時的設(shè)計1課程設(shè)計背景二十一世紀，人類邁入信息時代，電子科學(xué)技術(shù)在人們生活中的運用越來越 普遍。運用模電和數(shù)電知識設(shè)計的電子產(chǎn)品成為社會生活不可缺少的一部分，特 別是在各種競技運動中，計時器成為檢驗運動員成績的一個重要工具?；@球作為一項全民健身項目，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?；@球比賽中有一項違例時間要用倒計時器，目前多數(shù)采用的 是24秒制，但隨著籃球制度的改革將會采用30秒制。有需要就會有市場，因此 設(shè)計一款30秒計時器是非常有必要也非常有前景的。該款計時器是在原來的基礎(chǔ)上把24秒制改為30秒制。該計時器要有遞減計 時及報警功能。因此符合比賽

2、中違例判罰的需要。在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過30秒，否則就犯規(guī)了。本 課程設(shè)計的“籃球競賽30秒計時器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間 30秒限制。一旦球員的持球時間超過了 30秒，它自動的報警從而判定此球員的 犯規(guī)。本設(shè)計是74LS192芯片作為減數(shù)功能的30秒倒計時計數(shù)器。該計數(shù)器主要 包括555構(gòu)成的震蕩電路，74LS192模塊，數(shù)碼管等模塊單元。經(jīng)測試，計數(shù)器 可實現(xiàn)顯示30秒倒計時功能，系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、 啟動功能，發(fā)出光電報警信號。該設(shè)計電路簡單、使用方便，功能穩(wěn)定多樣，具 有很強的實用價值。2課題設(shè)計要求（1）具有顯示30s的計時

3、功能；（2）設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；（3）計時器為30S遞減計時器，其計時間隔為1S；（4）計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，應(yīng)發(fā)出光電報警信號3設(shè)計任務(wù)及目標(biāo)（1）根據(jù)給出的電路原理圖分析各單元電路的功能；（2）熟悉電路中所用到的各集成塊的管腳及其功能；（3）進行電路的安裝、調(diào)試，直到電路能達到規(guī)定的設(shè)計目標(biāo)；（4）寫出完整、詳細的課程設(shè)計報告。4課題設(shè)計框圖秒脈沖發(fā)生器計數(shù)器外部t作開關(guān)控制電路譯碼顯示報警電路5電路設(shè)計設(shè)計原理分析設(shè)計任務(wù)，該系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電 路和報警電路5個部分構(gòu)成。其中，計數(shù)器和控制電路是

4、系統(tǒng)的主要部分。計數(shù) 器完成30秒倒計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器的清零，啟動和暫停/ 連續(xù)功能、譯碼顯示電路的顯示與滅燈及光電報警等功能。為滿足設(shè)計要求，設(shè) 計控制電路及控制開關(guān)時，應(yīng)該正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。在操作直接 清零時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器為零。當(dāng)置數(shù)開關(guān)閉合時，控制電路應(yīng)該 封鎖時鐘信號CP,同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示30s字樣。當(dāng) 啟動開關(guān)閉合時，計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)斷開計數(shù)器停止 計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)閉合時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。當(dāng)計數(shù) 器遞減計數(shù)到零時（即定時時間到），控制電路發(fā)出報警信號。設(shè)計方案用55

5、5時基電路構(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。利用2個74LS192作為計數(shù)模塊，最后通過兩個帶有譯碼功能的數(shù) 碼管顯示。6單元模塊脈沖模塊利用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供時鐘秒脈沖。555定時器應(yīng) 用為多諧振蕩電路時，當(dāng)電源接通Vcc通過電阻RI、R?向電容C充電，其上電 壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)u上升至2/3Vcc,會使比較器G輸出翻轉(zhuǎn)，輸出電壓為 零，同時放電管T導(dǎo)通，電容C通過兄放電；當(dāng)電容電壓下降到l/3Vcc,比較 器C2工作輸出電壓變?yōu)楦唠娖剑珻放電終止，Vcc通過RI、R2又開始充電；周 而復(fù)始，形成振蕩。則其振蕩周期與充放電時間有關(guān)，也

6、就是與外接元件有關(guān)， 不受電源電壓變化影響計算公式（電容C充電時間，T2電容C放電時間，q占空比）T1二R（ln2T2=R2Cln2q=R1/R1+R2T =T1+T?為使占空比達50%、T=ls兩個電阻應(yīng)當(dāng)取值一致，C依經(jīng)驗取值10uf,抗干擾電 容C2去，則通過計算R】R?應(yīng)當(dāng)取值為72KQ。555多諧振蕩電路圖秒脈沖仿真圖芯片NE555NE555是時基集成電路，它在應(yīng)用和工作方式上一般可歸納為3類。每類工作方 式又有很多個不同的電路。在實際應(yīng)用中，除了單一品種的電路外，還可組合出 很多不同電路，如：多個單穩(wěn)、多個雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無穩(wěn)，雙穩(wěn)和無穩(wěn)的組合等。下 圖是NE555的內(nèi)部功能原理框圖和

7、內(nèi)部管腳圖。D, N, FE PackagesGND1Z vccTRIGGER21DISCHARGEOUTPUT36THRESHOLDRESET45COHTROL VOLTAGENE555內(nèi)部管腳圖計數(shù)模塊倒計時模塊設(shè)計原理圖如下圖計數(shù)電路選用兩片74LS192進行設(shè)計，74LS192是十進制計數(shù)器，有“異步 清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進位和借位輸出端。兩片74LS192構(gòu)成預(yù)置數(shù) 的三十進制遞減計數(shù)器，計數(shù)器十位接成三進制，計數(shù)器個位接成十進制，置數(shù) 端A、B、C、D通過開關(guān)接高低電平，若接高電平可進行其他置數(shù)；此計數(shù)器預(yù) 置數(shù)為(0011 0000) = (30) 10,只有當(dāng)?shù)臀欢税l(fā)

8、出錯位脈沖，高位計數(shù)器才做 減計數(shù)。1片74LS192構(gòu)成1秒減計數(shù)電路(即個位)。74LS192的引腳圖和功能 表如圖所示。它的計數(shù)原理是：使加計數(shù)脈沖信號引腳CPu=l,計數(shù)脈沖加入個 位74LS192引腳CPd腳，當(dāng)減計數(shù)到零時，個位74LS192的端發(fā)出錯位脈沖, 使十位計數(shù)器減計數(shù)，當(dāng)高、低位計數(shù)器處于全零時，在芯片74LS04和74LS03 的作用下鎖住不在計時。倒計時模塊設(shè)計原理圖設(shè)計原理如下：（1）電阻 74LS192芯片的最大工作電流是34mA,最小電流不定，所以在于“清 零”“啟動”開關(guān)JI、J2串聯(lián)的電阻不應(yīng)小于147。，故我選取常見的1k電阻。（2）開關(guān)J1開關(guān)J1的作

9、用是置數(shù)和啟動，當(dāng)開關(guān)撥向VCC端，芯片開始減 數(shù)；撥向接地端，芯片預(yù)置數(shù)。（3）開關(guān)J2開關(guān)J2的作用是異步清零，當(dāng)開關(guān)撥向VCC端芯片異步清零； 當(dāng)開關(guān)撥向接地端，芯片處于減數(shù)狀態(tài)。（4）開關(guān)J3開關(guān)J3的作用是暫停和連續(xù)，當(dāng)開關(guān)斷開時暫停，開關(guān)閉合時 連續(xù)。（5） 00狀態(tài)的保持 當(dāng)計數(shù)器減至00時在下一脈沖的到來后十位片的錯位 點發(fā)出借位信號，借位信號為低電平0,0信號與脈沖信號相與非（由741so3實 現(xiàn)），結(jié)果輸出高電平1,后經(jīng)取反（由74LS04實現(xiàn)）得到低電平0,此時無論 脈沖輸入什么，得到的輸出都是0信號，芯片無法繼續(xù)減數(shù)。Vcc Po MR TCd TCu pl p2 p3

10、國同臼時向臼向rnhJhJbJLdlAlLiJLdljJPl Qi Qo CPq CPu 02 Qg GND圖4-4 74LS192管腳圖74LS192各個管腳功能如下：（1） 15、1、10、9管腳（P0P3）：并行數(shù)據(jù)輸入端（2） 13管腳（TCD）：借位輸出端（低電平有效）（3） 12管腳（TCu）：進位輸出端（低電平有效）（4） 4管腳CPD：減法計數(shù)時鐘輸入端（5） 5管腳CPU：法計數(shù)時鐘輸入端（6） 14管腳MR：異步清零端（低電平計數(shù)高電平清零）（7） 11管腳PL：異步并行置入控制端（8） 3、2、6、7 管腳：Q0Q3 輸出端（9） 8、16管腳：接地端和接VCC端LOAD

11、CLR工作狀態(tài)X11X保持1 X0XX預(yù)置數(shù)上升沿100加法計數(shù)上升沿101臧法計數(shù)74LS192功能表ABY00101110111074LS03功能表SN74LS04Hex InverterGUARANTEED OPERATING RANGESsymbolParam&terMiniypMaxunriVCCSLppy VO4.7S5.05.25VtaOpsr3UrgAntle-ntTemperjlLre =ange0257Dac1ohOl:cu! Currert-uigh-Q.4mAlOLol:;u- Currert-Lw3.0mA74LS04管腳圖74LS04功能表譯碼顯示模塊此模塊

12、主要借助multisim中特有的一種數(shù)碼顯示管，該數(shù)碼顯示管區(qū)別于 普通七段數(shù)碼管，它本身具備譯碼功能，因此可以在我們進行仿真實驗時省去譯 碼電路，若要實際搭建本課程設(shè)計的電路，我們需加入相應(yīng)的譯碼電路（相關(guān)譯 碼器可選用如741s47,741s48,741s247,741s248等）,下面給出選用741s48譯碼 器的相關(guān)引腳資料和譯碼器電路圖。74LS48是七段顯示譯碼器，其管腳圖如所示?，F(xiàn)將各管腳功能介紹如下：（1）A、B、C、D是BCD碼的輸入端。（2） a,b,c,d,e,f,g 是輸出端。（3）試燈輸入端萬：低電平有效。當(dāng)行=0時，數(shù)碼管的七段應(yīng)全亮， 與輸入的譯碼信號無關(guān)。本輸入

13、端用于測試數(shù)碼管的好壞。（4）動態(tài)滅零輸入端而：低電平有效。當(dāng)萬=1、麗=0、且譯碼輸入 為0時，該位輸出不顯示，即0字被熄滅；當(dāng)譯碼輸入不全為。時，該位正常顯 示。本輸入端用于消隱無效的0。如數(shù)據(jù)可顯示為。（5）滅燈輸入/動態(tài)滅零輸出端而血：這是一個特殊的端鈕，有時用作輸 入，有時用作輸出。當(dāng).作為輸入使用，且麗 =0時，數(shù)碼管七段全滅， 與譯碼輸入無關(guān)。當(dāng)而方作為輸出使用時，受控于行和麗：當(dāng)萬=1且兩 =。時，而5=0；其它情況下而5 = 1。本端鈕主要用于顯示多位數(shù)字時，多 個譯碼器之間的連接。本設(shè)計將廂7、萬、而°都置高電平。VCcfgab cde74LS48管腳圖nnrnn

14、mnnm74LS48NVCC5V74LS48N VCC 5V顯示原理圖共陰數(shù)碼管選用限流電阻的原理：LED 一直工作在最大額定值。所以正向電流IFW最大額定值（一般是30mA）。 根據(jù)常識我們可以知道，電流大，LED發(fā)光強，但消耗的功率大。電流小，LED 發(fā)光小，消耗的功率小。通常電路用LED是做指示用途，電路的總體功耗要控制, 不能都消耗在指示燈上， 當(dāng)然還要考慮電源的功率要滿足后面電路功耗的要 求，并且最好要有富裕。所以這個LED的正向電流我們選取20mA,正向壓降為。限流電阻可以根據(jù)下式計算：限流電阻;（電源電壓-LED正向穩(wěn)壓電壓）/ 要求的工作電流 選取IF=20mA, VF;，電源電壓Vcc=5V：限流電阻=（）/20mA=85 歐姆 通常取個好一點的值（也就是相近限值的電阻），R=100Qo在進行本課程設(shè)計時，我們可以在multisim軟件上進行仿真，因此我們可以選擇自帶譯碼功能的理想數(shù)碼管簡化電路從而得到實驗結(jié)果。仿真數(shù)碼管顯示電路如下VCCDCD HEX> upDCDHEX理想數(shù)碼管仿真電路報警模塊電路當(dāng)計時器遞減計時到零時, 完成報警功能在進行multisim 電路如圖所示。數(shù)碼顯示器不滅燈，同時發(fā)出光電報警信號等。 仿真的時