籃球30秒計(jì)時(shí)器數(shù)電設(shè)計(jì)

1、 數(shù)電課程設(shè)計(jì) 題目名稱： 籃球30秒計(jì)時(shí)器 姓 名： 學(xué) 號： 系 別： 電子信息工程系 班 級： 電子信息工程（1）班 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 2013年1月3日 目錄封面 0摘要 .2目錄 2第一章 概述 2第二章 技術(shù)性能指標(biāo) 2第三章 分析技術(shù)要求及選擇方案4第四章 仿真圖 4第五章 單元電路的設(shè)計(jì)4第六章 總電路原理圖13第七章 總結(jié)和體會14摘要計(jì)時(shí)器在人類生活中有著非常重要而廣泛的應(yīng)用，古時(shí)候人們就開始用沙漏和水漏做定時(shí)工具，隨著科技和社會的發(fā)展，人們開始用全新的方法來改造計(jì)時(shí)器以達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的目的。籃球競賽計(jì)時(shí)器就是一種典型的計(jì)時(shí)器的應(yīng)用。在籃球比賽中規(guī)定球友持球的時(shí)間不能超

2、過30秒，否則就是犯規(guī)。本課程設(shè)計(jì)的“籃球競賽30秒計(jì)時(shí)器”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時(shí)間進(jìn)行30秒限制，一旦球員持球的時(shí)間超過了30秒，它將自動報(bào)警從而判定刺球員的犯規(guī)。本文設(shè)計(jì)用的是實(shí)現(xiàn)以中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器的方法，它是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。它是由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路、計(jì)數(shù)電路、譯碼驅(qū)動及顯示電路、報(bào)時(shí)電路及電源電路組成。時(shí)鐘脈沖采用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路產(chǎn)生，通過EDA軟件Multisim10繪制了電子電路仿真原理圖，并進(jìn)行仿真，同時(shí)用萬能板焊接制作了硬件實(shí)現(xiàn)電路。第一章 概述籃球比賽中除了有總時(shí)間倒計(jì)時(shí)外，為了加快比賽的節(jié)奏，新的規(guī)則還要

3、求進(jìn)攻方在30秒內(nèi)有一次投籃動作，否則視為違例。本人設(shè)計(jì)了一個籃球比賽計(jì)時(shí)器，可對比賽總時(shí)間和各方每次控球時(shí)間計(jì)時(shí)。該計(jì)時(shí)器采用按鍵操作、顯示，非常實(shí)用。此計(jì)時(shí)器也可作為其他球類比賽的計(jì)時(shí)器。第二章 技術(shù)性能指標(biāo)籃球競賽30s計(jì)時(shí)器(a)具有30s計(jì)時(shí)功能，并且能夠?qū)崟r(shí)顯示計(jì)數(shù)結(jié)果(b)設(shè)有外部操作開關(guān)，控制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)直接清零、啟動以及暫停/連續(xù)工作等操作。(c)計(jì)時(shí)器為30s遞減計(jì)時(shí)間隔為1s。(d)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號。第三章 分析技術(shù)要求，選擇技術(shù)方案(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，得到籃球30秒計(jì)時(shí)器總體方案框圖 顯示譯碼 電路 脈沖發(fā)生器 計(jì)數(shù)器 控制

4、電路 報(bào)警電路CLK K1 K2設(shè)計(jì)思路：籃球30秒計(jì)時(shí)器包括秒脈沖發(fā)生器，計(jì)數(shù)器，譯碼顯示器，輔助時(shí)序控制電路和報(bào)警電路等。其中計(jì)數(shù)器和控制電路事系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成30秒計(jì)時(shí)功能，控制電路完成計(jì)數(shù)器的啟動、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)。為保證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個信號間的時(shí)序關(guān)系。當(dāng)啟動開關(guān)K7閉合（低電平）時(shí)，計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示30秒字樣；當(dāng)啟動開關(guān)K7斷開（高電平）、K8斷開（高電平）時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)K8為閉合（低電平）時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，K8再斷開（高電平）時(shí)，繼續(xù)累計(jì)技術(shù)。計(jì)數(shù)器遞減到零時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號L1（正常計(jì)數(shù)時(shí)L=0）。第四章

5、仿真圖第五章 單元電路的設(shè)計(jì)1、 譯碼顯示電路BCD七段共陰極數(shù)碼顯示管用發(fā)光二極管（LED）組成字型來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(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)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。在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀地顯示出來，一方面供人們直接讀取測量和運(yùn)算的結(jié)果；另一方 面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。

6、因此，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分。數(shù)字顯示電路通常由譯碼器、驅(qū)動 器和顯示器等部分組成，如下圖所示。下面對顯示器和譯碼驅(qū)動器分別進(jìn)行介紹。 驅(qū)動器 顯示器 譯碼器 計(jì)數(shù)器數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字設(shè)備中，目前數(shù)碼顯示器件正朝著小型、低功耗、平面化方向發(fā)展。 數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字形重疊式，它是將不同字符的電極重疊起來，要顯示某字符，只須使相應(yīng)的電極發(fā) 亮即可，如輝光放電管、邊光顯示管等。第二種是分段式，數(shù)碼是由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆劃組成，如熒光數(shù)碼管等。第三種是點(diǎn)陣式，它由一些按一定規(guī)律排列的

7、可發(fā)光的點(diǎn)陣所組成，利用光點(diǎn)的不同組合便可顯示不同的數(shù)碼，如場致發(fā)光記分牌。 數(shù)字顯示方式目前以分段式應(yīng)用最普遍，下圖表示七段式數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合方式，顯示015等阿拉伯?dāng)?shù)字。在實(shí)際應(yīng)用中，1015并不采用，而是用2位數(shù)字顯示器進(jìn)行顯示。顯示器如前所述，分段式數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼的。因此，為了使數(shù)碼管能將數(shù)碼所代表的數(shù)顯示出來， 必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動器點(diǎn)亮對應(yīng)的段。例如，對于8421碼的0011狀態(tài)，對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為3，則譯碼驅(qū)動器應(yīng)使 a、b、c、d、g各段點(diǎn)亮。即對應(yīng)于某一組數(shù)碼，譯碼器應(yīng)有確定的幾個輸出端有信號輸出，這是分段式數(shù)碼管電路的主

8、要特點(diǎn)。74LS48為4線七段譯碼器/驅(qū)動器（BCD輸入，有上拉電阻），其輸出端（YaYg）為高電平有效，可驅(qū)動燈緩沖器或共陰極VLED。 當(dāng)要求輸出015時(shí)，消隱輸入（BI）應(yīng)為高電平或開路，對于輸出為0時(shí)還要求脈沖消隱輸入（RBI）為高電平或者開路。 當(dāng)BI為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，YaYg均為低電平。 當(dāng)RBI和地址端（A0A3）均為低電平，并且燈測試輸入端（LT）為高電平時(shí)，Ya Yg為低電平，脈沖消隱輸出（RBO）也變?yōu)榈碗娖健?當(dāng)BI為高電平或開路時(shí)，LT為低電平可使YaYg均為高電平。 48與248的引出端排列、功能和電特性均相同，差別僅在顯示6和9,248所顯示的6和

9、9比48多出上杠和下杠。引出端符號： A-D 譯碼地址輸入端 BI/RBO 消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效） LT 燈測試輸入端（低電平有效）RBI 脈沖消隱輸入端（低電平有效） a-g 段輸出 74LS482、脈沖產(chǎn)生電路（555定時(shí)器）555定時(shí)器主要是通過外接電阻R和電容器C構(gòu)成充、放電電路,并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路、以及多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等脈沖波形產(chǎn)生和整形電路。NE555為8腳時(shí)基集成電路，各腳主要功能（集成塊圖在下面） 1地 GND 2觸發(fā) 3輸出 4

10、復(fù)位 5控制電壓 6門限(閾值) 7放電 8電源電壓Vcc （1）用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器：用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖(a)所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號,利用電源VCC通過R1和R2向電容器C充電,使uC逐漸升高,升到2VCC/3時(shí),uO跳變到低電平,放電端D導(dǎo)通,這時(shí),電容器C通過電阻R2和D端放電,使uC下降,降到VCC/3時(shí),uO跳變到高電平,D端截止,電源VCC又通過R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán),振蕩不停, 電容器C在VCC/3和2VCC/3之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖(b)所示。8 476 555 321 5R1R2u

11、cC+VDDuo0.01Ftuo0tw2tw1tuc0T（a）（b） 輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計(jì)算公式如下:tW10.7(R1R2)CtW20.7R2CTtW1tW20.7(R12R2)(2)用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器：用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器如圖(a)所示。將2管腳和6管腳連在一起作為信號輸入端即可。在輸入端外接三角波ui,當(dāng)ui上升到2VCC/3時(shí),輸出uO從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平；當(dāng)ui下降到VCC/3時(shí),輸出uO從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。施密特觸發(fā)器將輸入的三角波整形為矩形波輸出。電路的工作波形如圖(b)所示?；夭铍妷弘妷簎VCCVCCVCCtuo0tui0（b）

12、8 46 2 1 +VCCuiuo（a）555 如圖所示：（3）用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖(a)所示。R、C是定時(shí)元件。輸入脈沖信號ui加于2管腳。輸入觸發(fā)信號ui的有效電平是低電平,當(dāng)ui處于高電平時(shí),放電端D導(dǎo)通,uC和uO均為低電平,電路為穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸入觸發(fā)信號ui的下降沿到來時(shí)刻,2管腳電位瞬間低于VCC/3,使輸出uO變?yōu)楦唠娖?放電端D截止, 電源VCC通過電阻R向電容器C充電,使uC按指數(shù)規(guī)律上升,電路為暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)uC上升到2VCC/3時(shí),使輸出uO變?yōu)榈碗娖?D端導(dǎo)通,電容器C經(jīng)D端迅速放電,暫態(tài)結(jié)束,自動恢復(fù)到穩(wěn)態(tài),為下一個觸發(fā)脈沖的

13、到來作好準(zhǔn)備。波形圖如(b)所示。8 476 555 321 5R+VccucCuo0.01Fui（a）tui0tuc0tuo0tW（b）輸出脈寬tW是暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間為 tW1.1RC此電路要求輸入信號的負(fù)脈沖寬度一定要小于tW3、計(jì)數(shù)電路（74LS192）計(jì)數(shù)器是一個用以實(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。74LS192 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘），其清除端是異步的。當(dāng)清除端（MR）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能；預(yù)置是異步的，當(dāng)置入控制端（PL）為低

14、電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0P3）相一致的狀態(tài)；計(jì)數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時(shí)加在4個觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用CPD或CPU，此時(shí)另一個時(shí)鐘應(yīng)為高電平。 當(dāng)計(jì)數(shù)上溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TCU）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計(jì)數(shù)下溢出時(shí)，錯位輸出端（TCD）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。 當(dāng)把TCD和TCU分別連接后一級的CPD、CPU，即可進(jìn)行級聯(lián)74LS192 引出端符號 T

15、CD 錯位輸出端（低電平有效）TCU 進(jìn)位輸出端（低電平有效） CPD 減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效） CPU 加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效） MR 異步清除端 P0P3 并行數(shù)據(jù)輸入端 PL 異步并行置入控制端（低電平有效） Q0Q3 輸出端4、74LS04非門74LS04是6非門(反相器)他的工作電壓5V，他的內(nèi)部含有6個coms反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0，平時(shí)在使用中請注意不要芯片的管腳順序搞錯了，下面是芯片的管腳圖5、74LS10與非門74ls10是常用的三3輸入與非門電路，在數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)中常用,這里介紹一下他的管腳圖以及功能等資料74ls10可與7410 74LS10 CT4010 DG74LS10 SD7