NE555+74LS192籃球競(jìng)賽30s倒計(jì)時(shí)的數(shù)電EDA設(shè)計(jì)

利用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供時(shí)鐘秒脈沖。555定時(shí)器應(yīng)用為多諧振蕩電路時(shí)，當(dāng)電源接通Vcc通過(guò)電阻R1、R2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(huì)使比較器C1輸出翻轉(zhuǎn)，輸出電壓為零，同時(shí)放電管T導(dǎo)通，電容C通過(guò)R2放電；當(dāng)電容電壓下降到1/3Vcc，比較器C2工作輸出電壓變?yōu)楦唠娖剑珻放電終止，Vcc通過(guò)R1、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(shí)間有關(guān)，也就是與外接元件有關(guān)，不受電源電壓變化影響

計(jì)算公式（T1 電容C充電時(shí)間，T2 電容C放電時(shí)間， q占空比）

T1=R1Cln2

     T2=R2Cln2

     q=R1/R1+R2

     T=T1+T2

芯片NE555

倒計(jì)時(shí)模塊設(shè)計(jì)原理圖如下圖

計(jì)數(shù)電路選用兩片74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，有“異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進(jìn)位和借位輸出端。兩片74LS192構(gòu)成預(yù)置數(shù)的三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器十位接成三進(jìn)制，計(jì)數(shù)器個(gè)位接成十進(jìn)制，置數(shù)端A、B、C、D通過(guò)開關(guān)接高低電平，若接高電平可進(jìn)行其他置數(shù)；此計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為（0011 0000）=（30）10，只有當(dāng)?shù)臀欢税l(fā)出錯(cuò)位脈沖，高位計(jì)數(shù)器才做減計(jì)數(shù)。1片74LS192構(gòu)成1秒減計(jì)數(shù)電路（即個(gè)位）。74LS192的引腳圖和功能表如圖所示。它的計(jì)數(shù)原理是：使加計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)引腳CPu=1，計(jì)數(shù)脈沖加入個(gè)位74LS192引腳CPD腳，當(dāng)減計(jì)數(shù)到零時(shí)，個(gè)位 74LS192的端發(fā)出錯(cuò)位脈沖，使十位計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)，當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器處于全零時(shí)，在芯片74LS04和74LS03的作用下鎖住不在計(jì)時(shí)。

設(shè)計(jì)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(dòng)”開關(guān)J1、J2串聯(lián)的電阻不應(yīng)小于147Ω,故我選取常見的1k電阻。

（2）開關(guān)J1  開關(guān)J1的作用是置數(shù)和啟動(dòng)，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(shí)暫停，開關(guān)閉合時(shí)連續(xù)。

（5）00狀態(tài)的保持    當(dāng)計(jì)數(shù)器減至00時(shí)在下一脈沖的到來(lái)后十位片的錯(cuò)位點(diǎn)發(fā)出借位信號(hào)，借位信號(hào)為低電平0,0信號(hào)與脈沖信號(hào)相與非（由74lS03實(shí)現(xiàn)），結(jié)果輸出高電平1，后經(jīng)取反（由74LS04實(shí)現(xiàn)）得到低電平0，此時(shí)無(wú)論脈沖輸入什么，得到的輸出都是0信號(hào)，芯片無(wú)法繼續(xù)減數(shù)。

74LS192各個(gè)管腳功能如下：

（1）  15、1、10、9管腳（P0~P3）: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(jìn)位輸出端（低電平有效）

（4）  4管腳CPD: 減法計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端

（5）  5管腳CPU：法計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端

（6）  14管腳MR：異步清零端（低電平計(jì)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：Q0~Q3輸出端

（9）  8、16管腳：接地端和接VCC端

此模塊主要借助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(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)省去譯碼電路，若要實(shí)際搭建本課程設(shè)計(jì)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74ls47,74ls48,74ls247,74ls248等），下面給出選用74ls48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。現(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：低電平有效。當(dāng)＝0時(shí)，數(shù)碼管的七段應(yīng)全亮，與輸入的譯碼信號(hào)無(wú)關(guān)。本輸入端用于測(cè)試數(shù)碼管的好壞。  

（4）動(dòng)態(tài)滅零輸入端：低電平有效。當(dāng)＝1、＝0、且譯碼輸入為0時(shí)，該位輸出不顯示，即0字被熄滅；當(dāng)譯碼輸入不全為0時(shí)，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無(wú)效的0。如數(shù)據(jù)0034.50可顯示為34.5。

（5）滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出端：這是一個(gè)特殊的端鈕，有時(shí)用作輸入，有時(shí)用作輸出。當(dāng)作為輸入使用，且＝0時(shí)，數(shù)碼管七段全滅，與譯碼輸入無(wú)關(guān)。當(dāng)作為輸出使用時(shí)，受控于和：當(dāng)＝1且＝0時(shí)，＝0；其它情況下＝1。本端鈕主要用于顯示多位數(shù)字時(shí)，多個(gè)譯碼器之間的連接。本設(shè)計(jì)將、、都置高電平。

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IF≤最大額定值（一般是30mA）。根據(jù)常識(shí)我們可以知道，電流大，LED發(fā)光強(qiáng)，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(gè)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(jù)下式計(jì)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=3.3V，電源電壓Vcc=5V:限流電阻=（5V-3.3V）/20mA=85歐姆  通常取個(gè)好一點(diǎn)的值（也就是相近阻值的電阻），R=100Ω。

在進(jìn)行本課程設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以在multisim軟件上進(jìn)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(jiǎn)化電路從而得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

仿真數(shù)碼管顯示電路如下

理想數(shù)碼管仿真電路

30s倒計(jì)時(shí)電路圖

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籃球比賽30秒倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì).doc (386.5 KB, 下載次數(shù): 110)

2018-5-16 18:29 上傳

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