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篮球计时器 数字电子 有详细的Multisim截图.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.25M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    3、8421BCD码递减计数器
    4、辅助时序控制电路
    5.1经过测试，可实现的功能有
    1、24秒置零和启动，也可在暂停的状态下对24秒单独置零，并重新置数启动。
    2、可以使时钟置零。
    3、当时钟置零时，时钟停止调动，并且LED灯亮。
    引言 本设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了篮球竞赛 24 秒计时器。此计时 器功能齐全，可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有报警功能，同时应用了 七段数码管来显示时间。本计时器实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功 能，在社会生活中也具有广泛的应用价值。 本电路主要有五个模块构成：计数器、七段数码显示器、控制电路、门电路 和报警电路。控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、数码显示电 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，当 计时器计时到 24 秒时，报警电路发出光电报警。 1 课题介绍 篮球比赛的主要功能包括：比赛开始时按下开始开关，计数器开始计数，在 七段数码管上显示出来。在比赛过程中可以通过一个暂停开关来随时暂停比赛， 并且在恢复比赛时可以继续计时。篮球比赛进攻时间 24 秒到时，碳棒会发出提 示信号。比赛结束，按清零开关，计时清零。 1.1 课题背景 在电子技术飞速发展的今天，电子产品的人性化和智能化已经非常成熟，其 发展前景仍然不可估量。如今的人们需求的是一种能给自己带来方便的电子产 品，当然最好是人性化和智能化的。而本篮球比赛计时器是基于同步十进制计数 器而研究出的，不仅拥有显示比赛时间的功能，还具有在比赛过程中随时暂停比 赛的功能。通过利用 multisim 软件进行仿真，反复测试，从而达到篮球比赛计时 器的功能。 1.2 课题意义 1
    研究篮球比赛计时器这个课题，可以使我们更加了解同步十进制计数器、显 示译码器、门电路以及七段数码显示器原理、内容。并且连接之前所学内容的各 个理论知识点，锻炼学生的独立完成课题项目的能力。 2 课程设计 比赛开始时按下开始开关，计数器 74LS192 开始计数在七段数码显示器上 显示出来。在比赛过程中可以通过一个暂停开关来随时暂停比赛，并且在恢复比 赛时可以继续计时。篮球比赛 24 秒进攻时间到时，碳棒会发出提示信号，提示 时间已到。比赛结束，按清零开关，计时清零。 2.1 课题设计要求 <1>同步十进制计时器具有进攻时间的计时功能 <2>系统设置外部操作开关，控制计时器的清零、启动和暂停/连续功能 <3>计时器是 24 秒计时 <4>当 24 秒进攻时间到时，碳棒会发出提示信号 2.2 课题研究方案 分析设计任务，该系统包括同步十进制计数器、辅助控制电路、七段数码显 示器、门电路和报警电路等 5 个部分构成。其中，计数器和控制电路是系统的主 要部分。计数器完成 24 秒计时功能，而控制电路具有直接控制技术器的启动技 术、暂停/连续计数、数码显示器的显示和灭灯功能。为了满足系统的设计要求， 在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关 时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时 钟信号 CP，同时计数器完成置数功能，数码显示器显示 00 字样；当启动开关断 开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关拔在暂停位置上时，计数器停止计数， 处于保持状态；当暂停/连续开关拔在连续时，计数器继续计数。另外，外部操 作开关都应采取去抖动措施，以防止机械抖动造成电路工作不稳定。系统设计框 图如下图所示。 2
    控制电 路 同步十 进制计 数器 显示器 报警电路 2.3 课题各部分功能 1.译码显示电路 用发光二极管（LED）组成字型来显示数字。这种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制数，就必须先把 BCD 码转换成七段字型数码 管所要求的代码。我们将计算机能够输出的 BCD 码换成七段字型代码，并使数码 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 74LS192。 在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观的显示出来，一方 面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。 因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码 器，驱动器和显示器等部分组成，如图所示。下面对显示器和驱动译码器分别进 行介绍。 计数器 译码器 驱动器 显示器 2.数码显示器 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，目前数码显示管正朝着小型，低功耗，平面化 方向发展。 3
    数码显示方式一般有三种：第一种是字型重叠式，它是将不同字符的电极重 叠起来，要显示某字符，只需使相应的电极发亮即可，如辉光放电管、变光显示 管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔画组成，如 荧光数码管等。第三种是点阵式，它有一些按一定规律排列的可发光的点阵所组 成，利用光点的不同组合，便可显示不同的数码，如场制发光记分牌。 数码显示方式目前以分段式应用最为普遍，下图表示七段式数字显示器利用 不同发光段组合方式，显示 0~15 等阿拉伯数字。实际应用中，10~15 并不采用， 而是用 2 位数字显示器进行显示。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类： （1）半导体显示器，亦称发光二极管显示器； （2）荧光数字显示器，如荧光数码管、场致发光数字板等； （3）液体数字显示器，如液晶显示器、电泳显示器等； （4）气体放电显示器，如辉光数码管、等离子体显示板等。 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，为了使数码管能够将数码所代表的数显示出来，必须将数码经数码器译出， 然后经驱动器点亮对应的段。 7 段数码管又分共阴和共阳两种显示方式。如果把 7 段数码管的每一段都等 效成发光二极管的正负两个极，那共阴就是把 abcdefg 这 7 个发光二极管的负极 连接在一起并接地；它们的 7 个正极接到 7 段译码驱动电路 74LS48 的相对应的 驱动端上（也是 abcdefg）！此时若显示数字 1，那么译码驱动电路输出段 bc 为高电平，其他段扫描输出端为低电平，以此类推。如果 7 段数码管是共阳显示 电路，那就需要选用 74LS47 译码驱动集成电路。共阳就是把 abcdefg 的 7 个发 光二极管的正极连接在一起并接到 5V 电源上，其余的 7 个负极接到 74LS47 相应 的 abcdefg 输出端上。无论共阴共阳 7 段显示电路，都需要加限流电阻，否则通 电后就把 7 段译码管烧坏了！限流电阻的选取是：5V 电源电压减去发光二极管 的工作电压除上 10ma 到 15ma 得数即为限流电阻的值。发光二极管的工作电压一 般在 1.8V--2.2V，为计算方便，通常选 2V 即可！发光二极管的工作电流选取在 10-20ma，电流选小了，7 段数码管不太亮，选大了工作时间长了发光管易烧坏！ 对于大功率 7 段数码管可根据实际情况来选取限流电阻及电阻的瓦数！ 4
    3、8421BCD 码递减计数器 计数器选用中规模集成电路 74LS192 进行设计较为简便。74LS192 是十进制 可编程同步加锁计数器，它采用 8421 码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、 加锁计数功能。其中 CPU、CPD 分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端 (上升沿 有效)。LD 是异步并行置数控制端 (低电平有效), CO、BO 分别是进位、借位输 出端 (低电平有效),CR 是异步清除端,D0～D3 是并\行数据输入端，Q3～Q0 是输 出端。我们将用到的是它的减计数功能。下图是 74LS192 外引线排列图与功能表： 4、辅助时序控制电路 为了保证系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的 时序关系。从系统的设计要求可知，控制电路要完成以下四项功能： ①操作“直接清零”开关时，要求计数器清零。 ②闭合“启动”开关时，计数器应完成置数功能，显示器显示 24 秒字样；断开 “启动”开关时，计数器开始进行递减计数。 ③当“暂停/连续”开关处于“暂停”位置时，控制电路封锁时钟脉冲信号 CP， 计数器暂停计数，显示器上保持原来的数不变，当 “暂停/连续”开关处于“连 续”位置时，计数器继续累计计数。 ④当计数器递减计数到零 (即定时时间到)时，控制电路应发出报警信号，使计 数器保持零状态不变，同时报警电路工作。下图是辅助时序控制电路图。图(a) 是置数控制电路，/LD 接 74LS192 的预置数控制端，当开关 S1 合上时，/LD=0， 74LS192 进行置数；当 S1 断开时，/LD =1，74LS192 处于计数工作状态，从 而实现功能②的要求。图(b)是时钟脉冲信号 CP 的控制电路，控制 CP 的放行 5
    与禁止。当定时时间未到时，74LS192 的借位输出信号路，/BO2=1, 则 CP 信号 受 “暂停/连续” 开关 S2 的控制，当 S2 处于“暂停”位置时，门 G3 输出 0， 门 G2 关闭，封锁 CP 信号，计数器暂停计数；当 S2 处于“连续”位置时，门 G3 输出 1，门 G2 打开，放行 CP 信号，计数器在 CP 作用下，继续累计计数。当 定时时间到时/BO2=0, 门 G2 关闭，封锁 CP 信号，计数器保持零状态不变。从 而实现了功能③、④的要求。注意，/BO2 是脉冲信号，只有在 CPD 保持为低电 平时, /BO2 输出的低电平才能保持不变。至于功能①的要求，可通过控制 74LS192 的异步清零端 CR 实现。 5.24 秒倒计时电路 计数器的倒计时功能。用两片 74LS192 分别做个位（低位）和十位（高位） 的倒计时计数器，由于本系统只需要从开始时的“24”倒计到“00”然后停止， 所以可以直接运用十进制的 74LS192 进行减计数。 因为预置的数不是“00”，所以我选用置数端 LOAD 来进行预置数。低位的借 位输出信号用作高位的时钟脉冲。 6
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    74LS48 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路 和单片机系统的显示系统中，下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应 用技术等资料。 为什么把 74LS90 叫 2-5-10 进制计数器? 74LS90 有四个输出端,分别为 Qa,Qb,Qc,Qd，为了讨论方便,我们把它分成两部分，Qa 为一部分，QbQcQd 为一 部分，从 CP0 加入一个时钟脉冲，Qa 的输出端为 1(原态 Qn=0 时)，再加一个时 钟脉冲，它的输出端又变回到 0，如果加入奇数个脉冲，它的输出总是 1；加入 偶数个脉冲，它的输出总是 0。也就是说，加入连续脉冲后，它的输出总是在 0 和 1 之间变化，我们把这种计数方式叫模二。再看模五的工作方式；此时 QbQcQd(每一位的位权分别是 1，2，4，)构成一个五进制计数器，从 CP1 输入一 个时钟脉冲时，Qb 为 1，表示记录了一个脉冲 (Qb 的位权是 1)，加入 2 个时钟 脉冲，Qb 为 0，Qc 为 1(Qc 的位权为 2)，表示记录了两个数，来了 3 个时钟脉冲 时，Qb,Qc 是高电平 1(Qb+Qc=3)，表示记录了 3 个脉冲，当第 4 个时钟脉冲来时， Qd=1，表示记录了 4 个脉冲.来第 5 个脉冲时，计数器自动清零，准备下一次的 计数。从 000，001，010，011，100 共有五种状态，因此，把它叫模五计数器。 如何构成 5421 码的输出? 仍然把时钟脉冲从 CP1 加入，同时将 Qd 的输出端 与 CP0 接到一起，此时 QaQdQcQb 每一位的位权分别是 5421.来 1 个脉冲时，Qb=1， 其它=0，来 2 个脉冲时，Qc=1，其它=0，来 3 个脉冲时，Qb=1，Qc=1，当第 (Qb+QC=1+2)，表示记录了 3 个时钟脉冲，来 4 个脉冲时，Qd=1，其它=0，表示 记录了 4 个脉冲，同时由于 Qd 与 CP0 连在一起，此时 CP0 也是高电平，当第 5 个脉冲来时，QdQcQb=0，Qd 从 1 到 0，产生一个下降沿，正好作为 CP0 的时钟脉 冲，使输出端 Qa=1，表示记录了 5 个时钟脉冲!QaQdQcQb=1000，在继续记录： 输出端按 5421 码的规律：1001=5+1，1010=5+2，1011=5+3，1100=5+4，在来一 个时钟脉冲，输出端变为 0000。 如何构成十进制计数器? 把模二的输出端 Qa 与模五的时钟脉冲输入端 CP1 连接，就构成了十进制计数器，CP0 为计数器的时钟脉冲输入端。输出端 QdQcQbQa 的位权分别是 8421。来 1 个 cp，Qa=1；2CP，Qb=1；3CP，QaQb=1；(Qa+Qb=3)； 4CP，Qc=1；5CP，QaQc=1；(Qa+Qc=5)；6CP，QbQc=1；(Qc+Qb=6)，7CP，QaQbQc=1 74LS192 为中规模 TTL 集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功能， 它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。如果把二者级联后，就构成十 进制计数器。其输出端输出端输出 8421 码。 8
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