电子设计报告--篮球记分牌设计

1/21电子技术基础课程设计题目名称：足球换人显示牌的设计指导教师：夏鸣风学生班级：2013级7班学号：学生姓名：评语：成绩：重庆大学电气工程学院2015年7月3日2/21摘要在足球比赛中，双方球队经常有换人的情况，由于比赛场太大不便喊话，且不易听清楚，因此，通过举示号牌的方式显示换下场队员和换上场队员，同时也可告知众人。换人号牌显示状态有：队员号用绿色显示——表明换上场队员、队员号用红色显示——表明换下场队员。由于换人时换上场队员已站在举牌裁判旁边，该队的场上队员便知道是几号队员换下场，便达到换人告示的目的。裁判宣布换人上、下场之后，可拨动该换人显示牌的总开关，显示牌上便会显示预先设定好的上、下场球员号码，并且同时开始25秒的计时。计时到达20秒时，显示牌上的球员号码会闪烁，同时会有声响发出，以催促球员尽快上、下场；25秒时，计数停止，裁判可拨动总开关对计时器清零复位，同时将手动换组开关切换至第二组球队，同第一组过程类似实现换人显示。该显示牌电路主要由数据选择器、显示译码器、拨码开关、计数器、秒脉冲发生器、LED驱动和交/直流转换部分构成。数据选择器和拨码开关实现对上、下场球员号的预置；打开总开关后，译码器会输出相应的数码驱动LED的相应字段，将上、下场队员号码显示在屏幕上，同时定时器部分开始工作，到相应时间会有闪烁和报警提示。另外，该显示牌可以直流供电，但在条件有限的情况下，可接上交流电源，转化为直流对器件里的蓄电池进行充电，然后放电供给该显示牌。总体设计由各个模块的设计搭建而成，并在计算机Multisim中实现仿真，最后进行元件焊接。下文将对各个模块逐一介绍。关键字：足球换人显示牌计数器数据选择器显示译码LED驱动3/21目录1.设计模块及其任务.......................................................................................................................41.1．总体功能及其任务.........................................................................................................41.2选号和译码.......................................................................................................................41.3计时器.............................................................................................................................51.3.1同步计数...............................................................................................................51.3.2秒脉冲发生器.......................................................................................................51.4交/直流供电.....................................................................................................................61.5报警电路.........................................................................................................................61.6LED驱动电路..................................................................................................................62.设计原理和功能分析...................................................................................................................72.174LS157选号..................................................................................................................72.274LS48译码....................................................................................................................82.374LS160计数................................................................................................................102.4555定时器构成秒脉冲发生器....................................................................................122.5555定时器构成报警电路............................................................................................132.6交流变直流电路...........................................................................................................142.7LED驱动电路................................................................................................................173．元器件清单/总电路仿真.......................................................................................................184．课程设计感想和总结...............................................................................................................205．参考文献...................................................................................................................................214/211.设计模块及其任务1.1．总体功能及其任务(1).换人显示牌需要预设2组换人队员号，在完成了第一组换人后，通过拨动换人组选择开关，即可进行第二组换人；⑵．比赛规定每组换人时间为25秒，后5秒内会有闪烁提示和声响报警；⑶．该换人显示牌采取交流/直流供电方式；首先考虑直流供电；由于字体较大（可由多只高亮度LED组成字段笔画），则耗电较大，采用电池供电，不宜长时间开启，即电池的使用时间不长。在有条件的比赛场即可使用交流电供电。⑷．换下场队员编号字符用红色LED显示，换上场队员编号字符用绿红色LED显示。总开关要对计数器复位，换组开关实现换组功能。1.2选号和译码用74LS157数据选择器对需要更换的上、下场队员号预置数，并通过使能端控制信号选定换人组号。预置数的选择由拨码开关接通高、低电平来决定。置数和选定通道之后，译码器将换人队号编译出来，驱动LED电路并显示在屏幕上。设计思路：5/21使用1片74LS157、1片74LS48和2个4位拨码开关实现上场队员个位队号的选择、译码功能，连接绿色LED电路驱动显示；同理，也可实现上场队员十位队号的选择和译码功能；使用1片74LS157、1片74LS48和2个4位拨码开关实现下场队员个位队号的选择、译码功能，连接红色LED电路驱动显示；同理，也可实现下场队员十位队号的选择和译码功能；1.3计时器打开总开关，在队号显示的同时计数器应该开始工作，总计数时间为25秒。通过与非门逻辑推导，将计数器端口和报警电路、LED显示电路连接，到达20秒时出现LED闪烁和声响报警的提醒。1.3.1同步计数用两片74LS160连接起来，输入同步时钟信号，便可实现两位数的计数功能。当个位计数计满之后，通过进位信号使十位的160芯片有效工作。要求总开关能够控制计数器的工作状态。1.3.2秒脉冲发生器使用555定时器构成多谐振荡器可输出秒脉冲信号作为同步时钟信号。时钟信号周期为：T=0.7*(R1+2R2)*C，调整电阻和电容参数，可产生以1秒为周期的脉冲，并将输出端接到两片160芯片的CP端。6/211.4交/直流供电在条件足够时，可直接装上电池，供给直流5V电压给显示牌；当电池耗尽时，需要外接交流220V电压。经过阻容降压、桥式整流、滤波、稳压之后，可给蓄电池充电；蓄电池电量充足时，放电供给显示牌使之工作。设计思路：交流220V电压从端口输入。用R和C并联构成阻容降压段，用4个1N4007二极管构成桥式整流电路，用电解电容和无极性电容并联（均一端接地）实现滤波，然后接入三端稳压器LM7805稳压。这时，输出端口可接入蓄电池充电，蓄电池电量足够后便可放电。1.5报警电路用555定时器构成多谐振荡器，输出端驱动蜂鸣器实现报警功能，蜂鸣器连续发出声响。要求在计数20秒时，报警器开始工作，故需用160计数Q端信号和与非门连接来控制报警电路工作状态。可将外来信号接入到555器件的4端（RST）来控制。1.6LED驱动电路队号需要以大字段形式输出显示到屏幕。故用4部分“8”字形的LED字段来分别表示上、下场队号的个、十位。由译码输出信号驱动LED发亮，74LS48译码器输出高电平有效。7段线型LED由输出abcdefg端来控制，每一个输出端可控制一段线型LED笔画段。LED上可形象显示0-9十个数字。LED以共阴极方式连接，阳极接高电平导通发光。7段LED显示的结构原理如下：7/212.设计原理和功能分析2.174LS157选号该芯片为一种A、B双通道选入，单通道输出的数据选择器。选入通道的控制由使能信数据选择拨码开关显示译码LED驱动总开关秒脉冲发生器定时计数换组开关声响报警8/21号完成。选通端真值表如下：输入输出选通G选通A/BABHLLLLXLLHHXXLXHXXLXHLLHLH总开关闭合时，G为高电平，74LS157禁止工作；总开关打开时，G为低电平，输入有效，74LS157工作。其中，当A/B选通端输入低电平时，A输入通道选择有效，1A、2A、3A、4A输入，1Y、2Y、3Y、4Y为输出；A/B端为高电平时，则B通道有效。选择有效通道可通过手动换组开关来实现。通过拨码开关的开合，可选择输入通道进入的电平高低。157芯片输入为高电平有效。1A、2A、3A、4A位数从低到高，选择预置的队号可转换为二进制码来完成（如在上场