1、籃球比賽24秒倒計(jì)時器的設(shè)計(jì)與仿真分析1電路設(shè)計(jì)分析計(jì)時器在許多領(lǐng)域均有普遍的應(yīng)用，籃球比賽中除了有總時間倒計(jì)時外，為了加快比賽節(jié)奏，新的規(guī)則還要求進(jìn)攻方在24秒內(nèi)有一次投籃動作，否則視為違例。本設(shè)計(jì)題目的“籃球比賽24秒倒計(jì)時器”從數(shù)字電路角度討論，實(shí)際上就是一個二十四進(jìn)制遞減的計(jì)數(shù)器。 電路設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)能完成24秒倒計(jì)時功能。完成計(jì)數(shù)器的復(fù)位、啟動計(jì)數(shù)、暫停繼續(xù)計(jì)數(shù)、聲光報(bào)警等功能。 方案論證經(jīng)過對電路功能的分析，整個24秒倒計(jì)時電路可由秒脈沖信號發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示電路、報(bào)警電路和輔助控制電路組成，如圖4 - 38所示。(3)方案實(shí)現(xiàn)秒脈沖發(fā)生器。秒脈沖產(chǎn)生電路由555定時器和外

2、接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器。經(jīng)過計(jì)算得到輸出脈沖的頻率為Hz，即1秒(1 s)。本例中的秒脈沖發(fā)生器采用應(yīng)用電路二中的秒脈沖發(fā)生器電路即可，如圖4 - 24所示。因?yàn)榧夹g(shù)指標(biāo)是一樣的，不用再重新設(shè)計(jì)。計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器由兩片74LSl92同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成。74LSl92功能簡介如下：具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如圖4 - 39所示。其中為置數(shù)端，CPU為加計(jì)數(shù)端，CPD為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，MR為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。仿真軟件Multisim 10中74LSl92的圖形符號如圖4

3、 - 40所示。其中A、B、C、D為置數(shù)輸入端，LOAD為置數(shù)控制端，CLR為清零端，UP為加計(jì)數(shù)端，DOWN為減計(jì)數(shù)端，QA、QB、QC、QD為數(shù)據(jù)輸出端，CO為非同步進(jìn)位輸出端，BO為非同步借位輸出端。本例為利用減計(jì)數(shù)端輸入秒脈沖信號，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，也就是倒計(jì)時。這時計(jì)數(shù)器按842l碼遞減進(jìn)行減計(jì)數(shù)。利用借位輸出端BO與下一級74LSl92的DOWN端連接，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器之間的級聯(lián)。利用置數(shù)控制端LOAD實(shí)現(xiàn)異步置數(shù)。當(dāng)CLR = 0，且LOAD為低電平時，不管UP和DOWN時鐘輸入端的狀態(tài)如何，將使計(jì)數(shù)器的輸出等于并行輸入數(shù)據(jù)，即QDQCQBQA =DCBA。24循環(huán)的設(shè)置為，十位片的DCB

4、A =0010，個位片的DCBA = 0100。譯碼及顯示電路。有些電路由譯碼驅(qū)動器74LS48和7段共陰數(shù)碼管組成。74S48譯碼驅(qū)動器具有以下特點(diǎn)：內(nèi)部上拉輸出驅(qū)動，有效高電平輸出，內(nèi)部有升壓電阻而無需外接電阻。本例為由74LSl92直接輸出給4線輸入的7段數(shù)碼管進(jìn)行顯示，這樣構(gòu)成的電路更加簡單?？刂齐娐?。控制電路用來完成計(jì)數(shù)器的復(fù)位、啟動計(jì)數(shù)、暫停繼續(xù)計(jì)數(shù)、聲光報(bào)警等功能。與非門U8A、U9A組成RS觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的復(fù)位、計(jì)數(shù)和保持“24”，以及聲、光報(bào)警的功能。開關(guān)功能說明如下。開關(guān)A：啟動開關(guān)。A處于高電平時，當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時，控制電路發(fā)出聲、光報(bào)警信號，計(jì)數(shù)器保持“24

5、”狀態(tài)不變，處于等待狀態(tài)；當(dāng)A處于低電平時，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。開關(guān)B：暫停開關(guān)。當(dāng)“暫停連續(xù)”開關(guān)處于“暫?！?開關(guān)B接低電平)時，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，顯示器保持不變；當(dāng)此開關(guān)處于“連續(xù)”(開關(guān)B接高電平)時，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。開關(guān)C：手動復(fù)位開關(guān)。當(dāng)開關(guān)C接低電平，不管計(jì)數(shù)器工作于什么狀態(tài)，計(jì)數(shù)器立即復(fù)位到預(yù)置數(shù)值，即“24”；當(dāng)開關(guān)C接高電平時，計(jì)數(shù)器從24開始計(jì)數(shù)。報(bào)警電路。當(dāng)RS觸發(fā)器輸出為低電平時，發(fā)光二極管LED1發(fā)光，同時該處也可并聯(lián)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。2仿真電路組成籃球比賽24秒倒計(jì)時器仿真電路如圖4 - 41所示。由于仿真軟件對于懸空的引腳或斷開的開關(guān)不能認(rèn)為是高電平，所以在仿真電

6、路中凡是需要開關(guān)的地方都選用的是單刀雙擲開關(guān)，用來接高、低電平；還有一種解決問題的辦法，就是在單向開關(guān)上接上拉電阻。實(shí)際電路中芯片引腳的懸空是高電平，所以實(shí)際電路中這些開關(guān)可以選用單向開關(guān)。3仿真分析由555定時器輸出秒脈沖經(jīng)過與門U7A輸入到計(jì)數(shù)器U2的DOWN端，作為減法計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)到“0”時，U2的13腳(BO)輸出借位脈沖使十位計(jì)數(shù)器U1開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“00”時應(yīng)使計(jì)數(shù)器復(fù)位并置數(shù)“24”。由于“00”是一個過渡時期，不會顯示出來，所以本電路采用“99”作為計(jì)數(shù)器復(fù)位脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器由“00”跳變到“99”時，利用個位和十位的“9”即“1001”通過與非門U6A去觸

7、發(fā)RS觸發(fā)器使電路翻轉(zhuǎn)，給74LSl92的1l腳(LOAD)輸入低電平使計(jì)數(shù)器置數(shù)，并保持為“24”，同時發(fā)光二極管LEDl亮，若并接有蜂鳴器則發(fā)出報(bào)警聲，即聲光報(bào)警。扳動開關(guān)A到低電平時，RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，給74LSl92的11腳輸入高電平，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。扳動開關(guān)C到低電平時計(jì)數(shù)器立即復(fù)位，扳動開關(guān)C到高電平時計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)。若需要暫停時，扳動開關(guān)B到低電平，振蕩器繼續(xù)振蕩，但輸出的脈沖經(jīng)與門運(yùn)算后為低電平0，74LSl92脈沖輸入端，沒有脈沖信號，從而使計(jì)數(shù)器保持不變；扳動開關(guān)B到高電平后，計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。4仿真分析總結(jié)能實(shí)現(xiàn)24秒倒計(jì)時計(jì)數(shù)的方法有很多種，能實(shí)現(xiàn)該功能的計(jì)數(shù)器芯片也有很多種，本例僅僅是通過該例子介紹電路設(shè)計(jì)及仿真的過程，所以不能認(rèn)為本電路就是最合適的電路。電路中實(shí)現(xiàn)啟動、暫停、復(fù)位功能的方法也有很多。比如暫?？刂?，也可以將開關(guān)接在振蕩器電路中，通過控制振蕩器的工作