篮球记分器课设论文.docx
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篮球记分器课设论文
一、设计要求
篮球比赛计分显示器的设计
1、电路具有加1分、加2分、加3分功能。
2、电路具有减分功能。
3、显示总分功能,用三位LED显示器,最高可现实999。
4、显示器可清零。
二、设计原理及框图
1、时钟脉冲:
由555定时器构成多谐振荡器,产生时钟脉冲。
由于对脉冲频率的精确度要求较低,因此只需提供足够高的频率即可。
2、脉冲数控制模块:
由74LS161构成,在按下一分、二分、三分按钮后,可以在最低位分别输出一个、二个以及三个脉冲信号。
3、加减控制模块:
由单刀双掷开关等元件构成,可以控制加分以及减分
4、计数模块:
由74LS192双时钟可逆计数器构成,可以记录74LS161传来的脉冲数。
5、显示模块:
使用三个74LS48芯片与三个共阴极数码管构成,用来显示分数。
三、器件说明
表1元件清单
元件名称
型号
数量
双时钟十进制可逆计数器
74LS192
3
4位二进制同步加法计数器
74LS161
3
七段共阴极数码管
3
单刀单掷开关
4
单刀双掷开关
1
BCD—七段显示译码器
74LS48
3
555定时器
555
1
蜂鸣器
SONALERT
1
非门
74LS04
4
与非门
74LS00
3
或非门
74LS27
2
电阻
300欧
1
电阻
250欧
21
电阻
1K欧
1
电容
0.05uF
1
电容
100nF
1
1、74LS192
74LS92是双时钟十进制可逆计数器,D0-D3为数据输入端,Q0-Q3为数据输出端。
UP为加计数时钟输入端,DOWN为减计数时钟输入端。
LOAD为预置输入控制端,低电平有效,异步预置。
CLR为异步清除端,高电平有效,异步清除。
CO为进位输出,BO为借位输出。
引脚图见图2,功能表见表2。
表274LS192芯片功能表
清零
置数
UP
DOWN
状态
H
×
×
×
清零
L
L
×
×
预置数
L
H
H
H
保持
L
H
↑
H
加计数
L
H
H
↑
减计数
2、74LS161
74LS161是4位二进制同步加法计数器。
CLR是异步清零端,低电平有效。
LOAD是预置数控制端,低电平有效。
D0-D3是预置数输入端,CTT和CTP是计数使能端,CO是进位输出端。
CP为时钟输入端,上升沿有效。
引脚图见图3,功能表见表3。
图374LS161引脚图
表374LS161芯片功能表
输入
输出
清零
置数
CTPCTT
CP
D3D2D1D0
Q3Q2Q1Q0
0
×
××
×
××××
0000
1
0
××
↑
D3D2D1D0
D3D2D1D0
1
1
×0
×
××××
保持
1
1
0×
×
××××
保持
1
1
11
↑
××××
计数
3、74LS48
BCD—七段显示译码器74LS48可以将输入的BCD代码译成数码管所需要的驱动信号,以便使数码管用十进制数字显示BCD代码所表示的数值。
74LS48引脚图见图4,功能表见表4,输入端A、B、C、D接收4位二进制代码,译码后由输出端a—f输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号,可直接驱动共阴极数码管(见图5)。
图474LS48引脚图图5共阴极数码管引脚图
表474LS48芯片功能表
4、555定时器
1地GND
2触发
3输出
4复位
5控制电压
6门限(阈值)
7放电
8电源电压Vcc图6555定时器引脚图
表5555定时器功能表
阈值输入
触发输入
复位
输出
放电管
×
×
0
0
导通
1
1
截止
1
0
导通
1
不变
不变
四、设计过程
1、由555构成的多谐振荡器(见图7)
由555定时器和外加的两个电阻R3、R4和两个电容构成的多谐振荡器如图7所示。
该多谐振荡器可产生频率一定的脉冲信号,为74LS161提供时钟脉冲。
图7由555构成的多谐振荡器
2、脉冲数控制模块
(1)一分电路(见图8)
当开关J闭合时,输出数据为零。
此时QB输出低电平,通过非门后,使能端ENT变为高电平,开始计数。
输出端变化为0000—0001—0010,当QB输出为1时,ENT端为低电平,此时计数器保持原有的状态(0010)不变,即停止计数。
断开开关后,清零端置低,数据清零且保持零。
再次闭合开关时,重复上述过程。
在这一过程中,QA端经历了一次由低电平到高电平再到低电平的跳变,产生一个脉冲。
该脉冲传送至74LS192的时钟计数端,即可加(或减)一分。
图8一分电路
(2)二分电路(见图9)
二分电路与一分电路类似。
当开关J闭合时,输出数据为零。
此时QC输出低电平,通过非门后,使能端ENT变为高电平,开始计数。
输出端变化为0000—0001—0010—0011—0100,当QC输出为1时,ENT端为低电平,此时计数器保持原有的状态(0100)不变,即停止计数。
断开开关后,清零端置低,数据清零且保持零。
再次闭合开关时,重复上述过程。
在这一过程中,QA端经历了二次由低电平到高电平再到低电平的跳变,产生两个脉冲。
该脉冲传送至74LS192的时钟计数端,即可加(或减)二分。
图9二分电路
(3)三分电路(见图10)
三分电路与上述电路类似。
当开关J闭合时,输出数据为零。
此时QB和QC同时输出低电平,通过与非门后,使能端ENT变为高电平,开始计数。
输出端变化为0000—0001—0010—0011—0100—0101—0110,当QB和QC同时输出1时,ENT端为低电平,此时计数器保持原有的状态(0110)不变,即停止计数。
断开开关后,清零端置低,数据清零且保持零。
再次闭合开关时,重复上述过程。
在这一过程中,QA端经历了三次由低电平到高电平再到低电平的跳变,产生三个脉冲。
该脉冲传送至74LS192的时钟计数端,即可加(或减)三分。
图10三分电路
3、加减控制及计数模块(见图11)
通过单刀双掷开关切换电路控制加法电路和减法电路。
单刀双掷开关J4的动端通过一个三路或门分别与三个计分电路相连,两个不动端分别和VCC通过两个与非门与控制分数个位的74LS192的UP和DOWN端相连,当开关J4接UP端时为加法部分,将开关J4接DOWN端时为减法部分。
从而控制比赛分数的加减。
开关J5与电源和三片74LS192的CLR端相接,用来控制计数器清零。
当开关J5闭合时,CLR为高电平,分数置零,开始重新计数。
图11加减控制及计数模块
4、显示模块(见图12)
该模块由三个BCD—七段显示译码器74LS48、三个共阴极数码管以及21个250欧的限流电阻构成。
译码器74LS48可以将74LS192芯片输出的BCD代码转换为能够被七段数码管识别的代码进而实现对分数的显示。
图12显示模块
5、声音提示模块(见图13)
该模块由一个三路或门(由于MULTISIM中没有三路或门,因此用三路或非门与非门组合使用)、一个蜂鸣器构成。
三路或门的输入端接三个计分电路的开关的后端,输出端与蜂鸣器相连。
当开始加分时,开关闭合,在加分的同时,蜂鸣器发出响声。
图13声音提示模块
五、仿真调试过程
在仿真过程中,发现74LS48无法正常工作,通过查阅图书馆的资料,发现很多书籍中使用74LS48驱动共阴极数码管时,都在数码管的输入引脚接入了上拉电阻。
但是本次设计的电路在接入了上拉电阻后,仍然无法正常工作,数码管不显示。
使用探针测量电路中各个导线和引脚的电压时,电源电压为0V(正常应为5V),接地的电压为-5.32V。
通过在图书馆和互联网上查询发现,在驱动共阴极数码管时,是否需要加上拉电阻要视情况而定,如果流过数码管的电流过大,则不应该加上拉电阻,而应当接入限流电阻。
在74LS48与共阴极数码管的输入端之间加入了250欧的限流电阻后,数码管可以正常工作了。
在使用555定时器制作多谐振荡器时发现,如果使用电位器制作占空比可调的多谐振荡器会使得分数跳动的频率不稳定。
通过使用示波器观察发现,此时在脉冲数控制模块输出的脉冲的周期不稳定,最大时会比正常的周期大5倍以上。
考虑到本次设计没有计时模块,对频率的精确度的要求较低,因此改为占空比固定的多谐振荡器,在通过示波器观察时,输出的脉冲稳定,没有出现周期改变的问题。
在最初使用74LS192计数器时发现无法正常计数,通过查询该芯片的功能表发现:
在进行加法计数时,DOWN引脚应当接高电平;在进行减法计数时,UP应当接高电平。
因此,在UP与DOWN引脚前各连接一个与非门,输入端分别与脉冲数控制模块和高电平相连。
之后进行仿真时,74LS192芯片可以正常工作。
六、收音机原理及焊接调试
图14S66E收音机电原理图
此次焊接的收音机为中夏牌S66E型六管超外差式收音机。
超外差式收音机是通过输入回路先将电台高频调制波接收下来,和本地振荡回路产生的本地信号一并送入混频器,再经中频回路进行频率选择,得到一固定的中频载波,这个过程称为变频。
超外差的实质就是将调制波不同频率的载波,变成固定的且频率较低的中频载波(简称中频)。
S66E型六管超外差式收音机的电路共分为六个部分:
输入调谐电路、变频电路、中频放大电路、检波和自动增益控制电路、前置低频放大电路、功率放大器。
1、输入调谐电路
输入调谐电路由双连可变电容器的CA和磁棒线圈T1的初级线圈Lab组成,是一并联谐振电路,T1接收进来的高频信号,通过输入调谐电路的谐振选出需要的电台信号,当改变CA时,信号频率改变,就能收到不同的电台信号。
2、变频电路
本机振荡和混频电路合起来称为变频电路。
变频电路的作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率电台信号(高频信号)变换成固定的465KHz的中频信号。
VT1、T2、CB等元件组成本机振荡电路,它的任务是产生一个比输入信号频率高465KHz的等幅高频振荡信号。
混频电路由VT1、T3的初级线圈等组成,其工作过程是:
通过输入调谐电路接收到的电台信号,通过T1的次级线圈Lcd送到VT1的基极,本机振荡信号又通过C2送到VT1和发射极,两种频率的信号在T1中进行混频,产生各种频率的信号,其中有一种是本机振荡频率和电台频率的差等于465KHz的信号,这就是中频信号。
T3的初级线圈和内部电容组成的并联谐振电路,可以把465KHz的中频信号从多种频率的信号中选择出来,并通过T3的次级线圈耦合到下一级去,而其它信号几乎被滤掉。
3、中频放大电路
它主要由VT2、VT3组成的两级中频放大器。
第一中放电路中的VT2负载是中频变压器T4和内部电容组成,它们构成并联谐振电路,谐振频率是465KHz。
4、检波和自动增益控制电路
中频信号经一级中频放大器充分放大后由T4耦合到检波管VT3,VT3既起放大作用,又是检波管。
检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号,C4、C5起滤去残余的中频成分的作用。
5、前置低频放大电路
检波滤波后的音频信号由电位器RP送到前置低放管VT4,经过低放可将音频信号电压放大几十到几百倍,但是不能直接推动扬声器工作,还需进行功率放大。
旋转电位器RP可以改变VT4的基极对地的信号电压的大小,达到控制音量的目的。
6、功率放大器
功率放大器的任务是不仅要输出较大的电压,而且能够输出较大的电流。
本电路采用无输出变压器功率放大器,可以消除输出变压器引起的失真和损耗,频率特性好,还可以减小放大器的体积和重量。
无输出变压器的功率放大器的输出阻抗低,可以直接推动扬声器工作。
七、设计体会及收获
通过本次的课程设计,使我对模拟电子、数字电子课堂中老师所讲的内容有了更深刻的理解。
刚开始的时候,以为听懂了老师所讲的内容就可以在此次课程设计中游刃有余。
但是现实还是很残酷的,很多的芯片对我来说是很陌生的,使用时需要反复查询芯片手册。
我最初设计的可以在理论上解释得很完美的原理图,拿到仿真软件上却漏洞百出。
正所谓“纸上谈兵终觉浅,觉知此事要躬行”。
学习任何知识,仅从理论上去求知,而不去实践、探索是不够的。
在此次设计篮球记分器的过程中,不仅培养了独立思考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是,在仿真过程中,我遇到了很多的难题,这使得我需要不断查询书籍和网络。
在学到很多知识的同时,也掌握了很多学习的方法。
而这也是日后学习和生活中最需要的,真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战,只有不断的学习、实践,再学习、再实践。
培养了我的综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题的能力,这对于我的将来也有很大的帮助。
回顾起此课程设计,至今我仍感慨颇多,从理论到实践,在这段日子里,可以说得是苦多于甜。
尽管遇到了很多的挫折,我仍然完成了设计任务,而且从中学到很多很多的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
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