课程设计任务书篮球24秒计数器设计.docx
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课程设计任务书篮球24秒计数器设计
1.设计方案
本电路主要由五个模块构成:
秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路,主要采用555作为振荡电路,由74LS192、74LS48和七段共阴LED数码管构成计时显示电路,具有计时器直控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。
当控制电路的置数开关闭合时,在数码管上显示数字24,每当一个秒脉信号输入到计数器时,数码管上的数字就会自动减1,当计时器递减到零时,报警电路发出光电报警信号。
1.2电路组成
电路由秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助控制电路五部分组成,见图1。
图1
1.3工作原理
由555定时器输出秒脉冲经过U9A和U8A入到计数器U2的CPD端,作为减计数脉冲。
当计数器计数计到0时,U2的(13)脚输出借位脉冲使十位计数器U1开始计数。
当计数器计数到“00”时发光二极管亮,即光电报警。
按下K1时,计数器置数为“24”,松开K1,计数器开始计数。
若按下K2,计数器暂停计数,松开K2计数器继续计数。
按下K3为直接清零。
注:
U9A为74ls10,U8A为74ls04,U1、U2为74ls192.
1.3.1译码显示电路
用发光二极管(LED)组成字型来显示数字。
这个数码管的每个线段都是一个发光二极管,因此也称LED数码管或LED七段显示器。
因为计算机输出的是BCD码,要想在数码管上显示十进数,就必须先把BCD码转换成7段型数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS48。
数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成,如图2所示。
图2
数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件,现在已有多种不同类型的产品,广泛应用于各种数字设备中,目前数码显示器正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。
如图3表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式,显示0—9等阿拉伯数字。
在实际实用中,10—15并不采用,而是用2位数字显示器进行显示,译码驱动74LS48和7段共阴数码管组成。
74LS48译码驱动器具有以下特点:
内部上拉输出驱动,有效高电平输出,内部有升压电阻而无需外接电阻。
图3
如前所述,分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。
因此,为了使数码管能将数码所代表的显示出来,必须将数码经译码器译出,然后经驱动器点亮对应的段,见图4。
例如,对于8421码的0011状态,对应的十进制数为3,则译码驱动器应使a、b、c、d、g各段点亮。
即对应于某一组数码,译码器应有确定的几个输出端有信号输出,这是分段式数码管电路的主要特点。
图474ls48引脚分布图(左)及对应灯状态(右)
七段显示译码器输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器。
该集成显示译码设有多个辅助控制端,以增强器件的功能。
它有3上辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下表1。
表174ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能
灭灯输入BI/RBO
BI/RBO是特殊控制端,有时作为输入,有时作为输出。
当BI/RBO作输入使用且BI=0时,无论其它输入端是什么电平,所有各段输入a—g均为0,所以字形熄灭。
试灯输入LT
当LT=0时,BI/RBO是输出端,且此时无论其它输入端是什么状态,所有各段输出a—g均为1,显示字型8。
该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。
动态灭零输入RBI
当LT=1,RBI=0且输入代码DCBA=0000时,各段输出a—g均为低电平,与BCD码相应的字形0熄灭,故称“灭零”。
利用LT=0与RBI=0可以实现某个一位的“消隐”。
此时BI/RBO是输出端,且RBO=0。
动态灭零输出RBO
BI/RBO作为输出使用时,受控于LT=1且RBI=0,输入代码DCBA=0000时,RBO=0:
若LT=0或者LT=1且RBI=1,则RBO=1。
该端主要用于显示多位数字时,多个译码器间的连接。
从功能表还可以看出,对输入代码0000,译码条件是:
LT和RBI同时等于1,面对其它输入代码仅要求LT=1,这时候,译码器各段a—g输出的电平是由输入BCD码决定的,并且满足显示字形的要求。
1.3.2计数电路
计数器是一个用以实现计数功能的时序部件,它不仅可用来计脉冲数,还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。
计数器种类很多。
按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分,有同步计数器和异步计数器。
根据计数制的不同,分为二进制计数器,十进制计数器和任意进制计数器。
根据计数的增减趋势,又分为加法、减法和可逆计数器。
还有可预置数和可编程序功能计数器等等。
74LS192是同步十进制可逆计数器,具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能。
如图5为74LS192的引脚图。
图5
LD—置数端
CPU—加计数端
CPD—减计数端
CO—非同步进位输出端
BO—非同步借位输出端
D0、D1、D2、D3—计数器输入端
Q0、Q1、Q2、Q3—数据输出端
CR—清除端
表2为74LS192同步十进制逻辑功能表:
表274LS192逻辑功能表
输入
输出
CRLDCPUCPDD3D2D1DO
Q3Q2Q1Q0
1XXXXXXX
00XXdcba
01↑1XXXX
011↑XXXX
0111XXXX
0000
dcba
加计数
减计数
保持
当清除端CR为高电平“1”时,计数器直接清零;CR置低电平则执行其它功能。
当CR为低电平,置数端LD也为低电平时,数据直接从置数端D0、D1、D2、D3置入计数器。
当CR为低电平,LD为高电平时,执行计数功能。
执行加计数时,减计数端CPD接高电平,计数脉冲由CPU输入;在计数脉冲上升沿进行8421BCD码十进制加法计数。
执行减计数时,加计数端CPU接高电平,计数脉冲由减计数端CPD输入。
此实验我们用到计数器由两片74LS192同步十进制可逆计数器构成。
利用减计数CR=0,LD=1,CPD=1,实现计数器按8421码递减进行减计数。
利用借位输出端BO与下一级的CPD连接,实现计数器之间的级联。
利用预置数LD端实现异步置数。
当CR=0,且LD=0时,不管CPU和CPD时钟输入端的状态如何,将使计数器的输出等于并行输入数据,即Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。
1.3.3脉冲信号发生电路
脉冲信号发生电路由555定时器构成的多谐振荡器产生。
多谢振荡器如图6:
图6多谐振荡器的组成(a)及时序图(b)
555电路要求R1与R2均应大于或等于1KΩ,但R1+R2应小于或等于3.3MΩ。
由NE555构成的多谐振振荡器。
接通电源后,电容C2被充电,Vc上升,当Vc上升到2/3Vcc时,触发器被复位,同时放电BJTT导通,此时Vo为低电平,电容C2放电,使Vc下降,当下降至1/3Vcc时,触发器又被置位,Vo翻转为高电平。
当C2放电结束时,T截止,电容器充电,当Vc上升到2/3Vcc时,触发器又发生翻转,如此周而复始,在输出端就得到一个周期性的方波
产生的一秒信号脉冲如图7
图7
1.3.4时序控制电路
此控制电路可以完成以下四项功能:
1、操作“清零K3”开关,要求计数器清零。
2、闭合“K1”开关,计数器应完成置数功能,显示器显示24,断开“启动”开关,计数器开始进行递减计数。
3、当“暂停/连续K2”开关处于“暂停”时,计数器暂停计数,显示器保持不变,当此开关处于“连续”开关,计数器继续累计计数
注:
K1实现置数/计数功能,K2实现连续/暂停,K3为清零键。
当显示减为00时高位BO端发出借位脉冲,使低位芯片无脉冲输入,电路停止计数,同时LED发出报警信号。
控制电路如图8
图8
1.3.5报警电路
当芯片U1输出为低电平时发光二极管工作,发出报警。
如图9:
图9
1.4总体电路
图10
2.主要元件表
芯片数量
741922片
74482片
555定时器1片
其他:
发光二级管1个
0.01uF电容1个
100uF电容1个
门若干
电阻若干
3.设计主要参数计算
555电路要求R1与R2均应大于或等于1KΩ,但R1+R2应小于或等于3.3MΩ。
多谢振荡器周期:
T=tw1+tw2,tw1=0.7(R1+R2)C,tw2=0.7R2C
其频率为:
f=1/(t1+t2)f=1.44/(R1+2R2)C
在这里我们选择R1=44K,R2=50K,C2=100uf,即可达到要求。
4.设计结果
4.1置数与计数功能
图11
4.2暂停功能
图12
4.3清零功能
图13
4.4报警功能
图14
5.心得体会
1.首先,在本次课程设计中,让我们加深了对74LS192、74LS48、NE555等芯片了的了解以及巩固了对它们的使用,对于数字电路的综合运用也有了更深一步的理解,为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。
对于192芯片,由于要求的是倒计时,所以选取的十进制可逆计数74LS192,由于要求计数到零要进行报警,所以要弄清出计数到零的标志是什么,即为十位的借位端出现借位信号(到达00后个位向十位借位,十位不够就向高位借位,因此十位的借位端出现低电平),这也为后面的报警电路部分提供了思路。
2.其次,实现暂停功能的原理和计数到零后差不多,所以自然想到了用三输入的与门将这两路和提供CP脉冲的555定时器的输出端相连。
3.在本次课程设计中也提高了我们对仿真软件Multisim的熟悉程度及应用能力,在实验设计中也曾遇过一些问题:
例如开始LED并未接电阻就直接接地对地短路,导致LED无法显示,在接电阻时还应该考虑阻值的大小,这也会影响LED的亮暗情况。
4.在实验中正确的思路很重要,只有设计思路正确,设计才有可能成功,所以我们在设计前必须做好充分的准备。
这次实践无论是从知识上还是其他方面都让我们受益匪浅,上课的时候,只能从理论的角度去理解,而考试也不能真正了解所学的知识,正所谓实践是检验真理的唯一标准,知识只有在不断的实践中才能得到理解和升华,许多的实践经验是我们在课本上学不到的,必须经过这样严格的自己动手,才会从中体会出设计成果的喜悦。
5.这次实践也让我们体会到团队与合作的力量,当遇到不会或设计不出来时,我们及时讨论以及询问相关同学是问题得到了解决,有了团队会有更多的理念,更多的思维,更多的情感。
但是,由于这次时间紧张,没有自己动手做出成品,也是一件很遗憾的事情。
总的来说,这次课程设计收获很大,也让我们深深的体会到自己所学知识的不足,激发了我们的自学能力和应对挑战的能力,为今后的学习打下了坚实的基础,培养了我们严谨务实,戒骄戒躁的作风。
6.参考文献
1.《数字电子技术》韩炎主编,电子工业出版社。
2.《数字电子计数》岩石主编,高等教育出版社。
3.《电路》邱关源主编,高等教育出版社。
4.《电子技术基础数字部分》康华光主编,高等教育出版社。
5.《电路设计与仿真》杨欣,王玉风,刘湘黔主编,清华大学出版社。
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- 课程设计 任务书 篮球 24 计数器 设计