课程设计--足球换人显示牌设计.docx
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1、电子课程设计报告足球换人显示牌设计重庆大学电气工程学院2015年6月摘要在足球比赛中,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
2、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
3、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61.6 LED驱动电路62.设计原理和功能分析72.1 74LS157选号82.2 74LS48译码92.3 74LS160计数102.4 555定时器构成秒脉冲发生器122.5 555定时器构成报警电路142.6 交流变直流电路152.7 LED驱动电路183总电路仿真194课程
4、设计感想和总结205参考文献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; 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;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。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74LS15
5、7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: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
6、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。1.4 交/直流供电在条件足够时,可直接装上
7、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
8、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。1.6 LED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a b c d e f g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:2.设计原理和功能分析2.1 74LS157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号完成。选通端
9、真值表如下:输入输出选通G选通A/BA BHLLLLXLLHHX XL XH XX LX HLLHLH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(如在上场队员的十位数字中,选择数字为3,则通过拨码开关设
10、置使输入为“0011”,其中1A=2A=1,3A=4A=0)。2.2 74LS48译码该芯片可实现7段显示译码功能,讲输入8421BCD码转换为笔画段(a-g的LED)的通断,实现数码显示。7448输出高电平有效,可直接驱动共阴极LED电路。正常工作时,LT端、RBI端以及BI/RBO端均接入高电平,可实现输出译码。74LS48真值表如下:2.3 74LS160计数74LS160芯片为集成同步二-十进制计数器,其功能表如下:本设计采用两片160芯片实现两位数(25秒)的计数功能。个位、十位的160芯片预置数端均接地(A=B=C=D=0),计数器工作时,从十进制“00”开始计数。个位、十位芯片的
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