篮球比赛24秒倒计时器的设计与仿真分析

篮球比赛24秒倒计时器的设计与仿真分析1电路设计分析计时器在许多领域均有普遍的应用，篮球比赛中除了有总时间倒计时外，为了加快比赛节奏，新的规则还要求进攻方在24秒内有一次投篮动作，否则视为违例。本设计题目的“篮球比赛24秒倒计时器”从数字电路角度讨论，实际上就是一个二十四进制递减的计数器。电路设计技术指标 能完成24秒倒计时功能。 完成计数器的复位、启动计数、暂停/继续计数、声光报警等功能。(2)方案论证经过对电路功能的分析，整个24秒倒计时电路可由秒脉冲信号发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助控制电路组成，如图4-38所示。圏4刖蛛螺比参4枕倒计时器/r样阳4-39所示。其中PL为置数端，CPU为加计数端，CPD为减计数端，TCU为非同步圈车24秒脉冲倩号发半器的逻辑屯曄(3)方案实现 秒脉冲发生器。秒脉冲产生电路由555定时器和外接元件Rl、R2、C构成多谐振荡器。经过计算得到输出脉冲的频率为f1Hz,即1秒(1s)。本例中的秒脉冲发生器采用应用电路二中的秒脉冲发生器电路即可，如图4-24所示。因为技术指标是一样的，不用再重新设计。 计数器。计数器由两片74LS192同步十进制可逆计数器构成。74LS192功能简介如下：具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图进位输出端，TCD为非同步借位输出端,PO、Pl、P2、P3为计数器输入端，MR为清除端，QO、Ql、Q2、Q3为数据输出端。陰4时雷I思19S的已曲也.址逻辑符呢眉斗40仿辑蝕忤巾.旳74L192仿真软件Multisim10中74LS192的图形符号如图4-40所示。其中A、B、C、D为置数输入端，LOAD为置数控制端，CLR为清零端，UP为加计数端，DOWN为减计数端，QA、QB、QC、QD为数据输出端，CO为非同步进位输出端，BO为非同步借位输出端。本例为利用减计数端输入秒脉冲信号，进行减法计数，也就是倒计时。这时计数器按8421码递减进行减计数。利用借位输出端BO与下一级74LSl92的DOWN端连接，实现计数器之间的级联。利用置数控制端LOAD实现异步置数。当CLR=0,且LOAD为低电平时，不管UP和DOWN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QDQCQBQA=DCBAO24循环的设置为，十位片的DCBA=0010,个位片的DCBA=0100。 译码及显示电路。有些电路由译码驱动器74LS48和7段共阴数码管组成。74S48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。本例为由74LSl92直接输出给4线输入的7段数码管进行显示，这样构成的电路更加简单。 控制电路。控制电路用来完成计数器的复位、启动计数、暂停/继续计数、声光报警等功能。与非门U8A、U9A组成RS触发器，实现计数器的复位、计数和保持“24”，以及声、光报警的功能。开关功能说明如下。开关A：启动开关。A处于高电平时，当计数器递减计数到零时，控制电路发出声、光报警信号，计数器保持“24”状态不变，处于等待状态；当A处于低电平时，计数器开始计数。开关B：暂停开关。当“暂停/连续”开关处于“暂停”（开关B接低电平）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B接高电平）时，计数器继续累计计数。开关C：手动复位开关。当开关C接低电平，不管计数器工作于什么状态，计数器立即复位到预置数值，即“24”；当开关C接高电平时，计数器从24开始计数。 报警电路。当RS触发器输出为低电平时，发光二极管LED1发光，同时该处也可并联蜂鸣器发出报警声。2仿真电路组成篮球比赛24秒倒计时器仿真电路如图4-41所示。U3DCDJTEXVCCVCC匸口用制AIm。I74LSQW7415；Kav-B39kQ-OQC2IDtiF启动按制Kev-AUSARSToinrDISTHRTRCONGD1UIOLkf555CMLHDCDJdEX6kQKj；v=AUM74Ly(XiDLHVCC丁-口T10nFR1LED】27ftfi-WVAHLIRA=z74LSOOD3Hm-hO卜：、CTRLP74LSo图441篮耶比赛24秒倒计时器仿真电路由于仿真软件对于悬空的引脚或断开的开关不能认为是高电平，所以在仿真电路中凡是需要开关的地方都选用的是单刀双掷开关，用来接高、低电平；还有一种解决问题的办法,就是在单向开关上接上拉电阻。实际电路中芯片引脚的悬空是高电平，所以实际电路中这些开关可以选用单向开关。3仿真分析由555定时器输出秒脉冲经过与门U7A输入到计数器U2的DOWN端，作为减法计数脉冲。当计数器计数计到“0”时，U2的13脚（BO）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”时应使计数器复位并置数“24”。由于“00”是一个过渡时期,不会显示出来，所以本电路采用“99”作为计数器复位脉冲。当计数器由“00”跳变到“99”时，利用个位和十位的“9”即“1001”通过与非门U6A去触发RS触发器使电路翻转，给74LS192的11脚（LOAD）输入低电平使计数器置数，并保持为“24”，同时发光二极管LED1亮，若并接有蜂鸣器则发出报警声，即声光报警。扳动开关A到低电平时，RS触发器翻转,给74LS192的11脚输入高电平，计数器开始计数。扳动开关C到低电平时计数器立即复位,扳动开关C到高电平时计数器又开始计数。若需要暂停时，扳动开关B到低电平，振荡器继续振荡，但输出的脉冲经与门运算后为低电平0，74LS192脉冲输入端，没有脉冲信号，从而使计数器保持不变；扳动开关B到高电平后，计数器继续计数。4仿真分析总结能实现24秒倒计时计数的方法有很多种，能实现该功能的计数器芯片也有很多种，本例仅仅是通过该例子介绍电路设计及仿真的过程，所以不能认为本电路就是最合适的电路。 电路中实现启动、暂停、复位功能的方法也有很多。比如暂停控制，也可以将开关接在振荡器电路中，通过控制振荡器的工作与否来控制整个电路的暂停。综上所述，不同的人会有不同的设计思路，实现同一功能的电路绝不是唯一的。 本例在仿真调试中，由于仿真软件提供的振荡器秒脉冲信号太慢，实际上是用信号发生器产生的100Hz信号进行调试的，调试电路如图442所示。USA74LSOODIJ9A74LSOOD舄动控制Key=AVCCAU6AVCvet；C暂停控制74LS08D74LS192DABU5A74LS00DU1U4DCDJUEXU3DCD.BEXDOWNRLEU127(K1-KU7A-LOAD-BOCJLR474LSI92D-LOlD-BOO.R-Cd UF PCFAKKey=13團车42醸球比赛2斗秒倒计时器仿真屯赂前谓试电路