|
籃球競賽30s倒計時的設計 1課程設計背景 二十一世紀，人類邁入信息時代，電子科學技術在人們生活中的運用越來越普遍。運用模電和數電知識設計的電子產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。 籃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化。籃球比賽中有一項違例時間要用倒計時器，目前多數采用的是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。因此符合比賽中違例判罰的需要。 在籃球比賽中，規定了球員的持球時間不能超過30秒，否則就犯規了。本課程設計的“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。 本設計是74LS192芯片作為減數功能的30秒倒計時計數器。該計數器主要包括555構成的震蕩電路，74LS192模塊，數碼管等模塊單元。經測試，計數器可實現顯示30秒倒計時功能，系統設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動功能，發出光電報警信號。該設計電路簡單、使用方便，功能穩定多樣，具有很強的實用價值。 2課題設計要求 （1）具有顯示30S的計時功能； （2）設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續功能； （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，數碼顯示器不能滅燈，應發出光電報警信號 3設計任務及目標 （1）根據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、調試，直到電路能達到規定的設計目標； （4）寫出完整、詳細的課程設計報告。 4課題設計框圖 5電路設計 5.1設計原理 分析設計任務，該系統包括秒脈沖發生器、計數器、譯碼顯示電路、控制電路和報警電路5個部分構成。其中，計數器和控制電路是系統的主要部分。計數器完成30秒倒計時功能，而控制電路具有直接控制計數器的清零，啟動和暫停/連續功能、譯碼顯示電路的顯示與滅燈及光電報警等功能。為滿足設計要求，設計控制電路及控制開關時，應該正確處理各個信號之間的時序關系。在操作直接清零時，要求計數器清零，數碼顯示器為零。當置數開關閉合時，控制電路應該封鎖時鐘信號CP，同時計數器完成置數功能，譯碼顯示電路顯示30s字樣。當啟動開關閉合時，計數器開始進行遞減計數；當暫停/連續開關斷開計數器停止計數，處于保持狀態；當暫停/連續開關閉合時，計數器繼續遞減計數。當計數器遞減計數到零時（即定時時間到），控制電路發出報警信號。 5.2設計方案 用555時基電路構成的多諧振蕩器來產生頻率為1Hz的脈沖，即輸出周期為1秒的方波。利用2個74LS192作為計數模塊，最后通過兩個帶有譯碼功能的數碼管顯示。 6單元模塊 6.1脈沖模塊 利用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統提供時鐘秒脈沖。555定時器應用為多諧振蕩電路時，當電源接通Vcc通過電阻R1、R2向電容C充電，其上電壓按指數規律上升，當u上升至2/3Vcc，會使比較器C1輸出翻轉，輸出電壓為零，同時放電管T導通，電容C通過R2放電；當電容電壓下降到1/3Vcc，比較器C2工作輸出電壓變為高電平，C放電終止，Vcc通過R1、R2又開始充電；周而復始，形成振蕩。則其振蕩周期與充放電時間有關，也就是與外接元件有關，不受電源電壓變化影響 計算公式（T1 電容C充電時間，T2 電容C放電時間， q占空比） T1=R1Cln2 T2=R2Cln2 q=R1/R1+R2 T=T1+T2 為使占空比達50%、T=1s兩個電阻應當取值一致，C依經驗取值10uf，抗干擾電 容C2 去0.1uf，則通過計算R1 R2 應當取值為72KΩ。 555多諧振蕩電路圖 秒脈沖仿真圖 芯片NE555 NE555是時基集成電路，它在應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、多個雙穩、單穩和無穩，雙穩和無穩的組合等。 下圖是NE555的內部功能原理框圖和內部管腳圖。 NE555內部管腳圖 6.2計數模塊 倒計時模塊設計原理圖如下圖 計數電路選用兩片74LS192進行設計，74LS192是十進制計數器，有“異步清零”和“異步置數”功能，且有進位和借位輸出端。兩片74LS192構成預置數的三十進制遞減計數器，計數器十位接成三進制，計數器個位接成十進制，置數端A、B、C、D通過開關接高低電平，若接高電平可進行其他置數；此計數器預置數為（0011 0000）=（30）10，只有當低位端發出錯位脈沖，高位計數器才做減計數。1片74LS192構成1秒減計數電路（即個位）。74LS192的引腳圖和功能表如圖所示。它的計數原理是：使加計數脈沖信號引腳CPu=1，計數脈沖加入個位74LS192引腳CPD腳，當減計數到零時，個位 74LS192的 端發出錯位脈沖，使十位計數器減計數，當高、低位計數器處于全零時，在芯片74LS04和74LS03的作用下鎖住不在計時。 
倒計時模塊設計原理圖 設計原理如下： （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J1、J2串聯的電阻不應小于147Ω,故我選取常見的1k電阻。 （2）開關J1 開關J1的作用是置數和啟動，當開關撥向VCC端，芯片開始減數；撥向接地端，芯片預置數。 （3）開關J2 開關J2的作用是異步清零，當開關撥向VCC端芯片異步清零；當開關撥向接地端，芯片處于減數狀態。 （4）開關J3 開關J3的作用是暫停和連續，當開關斷開時暫停，開關閉合時連續。 （5）00狀態的保持 當計數器減至00時在下一脈沖的到來后十位片的錯位點發出借位信號，借位信號為低電平0,0信號與脈沖信號相與非（由74lS03實現），結果輸出高電平1，后經取反（由74LS04實現）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，芯片無法繼續減數。
圖4-4 74LS192管腳圖
74LS192各個管腳功能如下： （1） 15、1、10、9管腳（P0~P3）:并行數據輸入端 （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: 減法計數時鐘輸入端 （5） 5管腳CPU：法計數時鐘輸入端 （6） 14管腳MR：異步清零端（低電平計數 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：Q0~Q3輸出端 （9） 8、16管腳：接地端和接VCC端
74LS192功能表
74LS03功能表
74LS04管腳圖
74LS04功能表 6.3譯碼顯示模塊 此模塊主要借助multisim中特有的一種數碼顯示管，該數碼顯示管區別于普通七段數碼管，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計的電路，我們需加入相應的譯碼電路（相關譯碼器可選用如74ls47,74ls48,74ls247,74ls248等），下面給出選用74ls48譯碼器的相關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。現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 ：低電平有效。當 ＝0時，數碼管的七段應全亮，與輸入的譯碼信號無關。本輸入端用于測試數碼管的好壞。 （4）動態滅零輸入端 ：低電平有效。當 ＝1、 ＝0、且譯碼輸入為0時，該位輸出不顯示，即0字被熄滅；當譯碼輸入不全為0時，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無效的0。如數據0034.50可顯示為34.5。 （5）滅燈輸入/動態滅零輸出端 ：這是一個特殊的端鈕，有時用作輸入，有時用作輸出。當 作為輸入使用，且 ＝0時，數碼管七段全滅，與譯碼輸入無關。當作為輸出使用時，受控于 和 ：當 ＝1且 ＝0時， ＝0；其它情況下 ＝1。本端鈕主要用于顯示多位數字時，多個譯碼器之間的連接。本設計將、、都置高電平。
74LS48管腳圖 顯示原理圖 共陰數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IF≤最大額定值（一般是30mA）。根據常識我們可以知道，電流大，LED發光強，但消耗的功率大。電流小，LED發光小，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3.3V。 限流電阻可以根據下式計算： 限流電阻=（電源電壓-LED正向穩壓電壓）/要求的工作電流 選取IF=20mA，VF=3.3V，電源電壓Vcc=5V:限流電阻=（5V-3.3V）/20mA=85歐姆 通常取個好一點的值（也就是相近阻值的電阻），R=100Ω。 在進行本課程設計時，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碼管簡化電路從而得到實驗結果。 仿真數碼管顯示電路如下 
理想數碼管仿真電路 6.4報警模塊電路 當計時器遞減計時到零時，數碼顯示器不滅燈，同時發出光電報警信號等。完成報警功能在進行multisim仿真的時候應該給發光二極管加一個限流電阻。電路如圖所示。 光電報警電路 7總結 本設計包括秒脈沖發生器、計數器、譯碼與顯示電路、報警電路和控制電路（輔助時序控制電路）等五個部分組成。計時電路遞減計時，每隔1秒鐘，計時器減1其中計數器和控制電路是系統的主要部分。計數器完成30秒計時功能，而控制電路完成計數器的直接清零、啟動計數器、暫停/連續計數、定時時間到報警等功能。當計時器遞減計時到零（即定時時間到）時，顯示器上顯示00，同時發出光電報警信號。 附錄 30s倒計時電路圖
完整的Word格式文檔51黑下載地址（內含清晰圖片）：
籃球比賽30秒倒計時電路設計.doc
(386.5 KB, 下載次數: 110)
2018-5-16 18:29 上傳
點擊文件名下載附件
下載積分: 黑幣 -5
| 
QQ好友和群
QQ空間
騰訊微博
騰訊朋友
收藏
淘帖
頂
踩
