重庆大学课程设计足球换人显示牌设计Word文件下载.docx
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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
目录
1.设计模块及其任务4
1.1．总体功能及其任务4
1.2选号和译码4
1.3计时器5
1.3.1同步计数5
1.3.2秒脉冲发生器5
1.4交/直流供电6
1.5报警电路6
1.6LED驱动电路6
2.设计原理和功能分析7
2.174LS157选号8
2.274LS48译码9
2.374LS160计数10
2.4555定时器构成秒脉冲发生器12
2.5555定时器构成报警电路14
2.6交流变直流电路15
2.7LED驱动电路18
3．总电路仿真19
4．课程设计感想和总结20
5．参考文献21
1.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：
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。
1.4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。
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：
2.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号完成。
选通端真值表如下：
输入
输出
选通
G
A/B
AB
H
L
X
XX
LX
HX
XL
XH
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，则通过拨码开关设置使输入为“0011”，其中1A=2A=1，3A=4A=0）。
2.274LS48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：
2.374LS160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、十位芯片的计数输出端Q均接到DCD_HEX_DIG_RED4端输入显示数码管上，显示出十进制数从00到25。
两个LD同步置数端接入高电平禁掉。
两个CLK端为同步上升沿触发，均接到秒脉冲发生器的输出端。
总开关线路通过U10A与非门接到两个CLR异步复位端，实现对计数器的复位控制；
当开关打开后，CLR=1，禁止，计数器开始在CP信号脉冲下计数；
闭合开关，CLR=0，有效，计数器立即清零复位，停止计数。
个位160芯片的RCO进位计数端接入到十位160芯片的使能EN端。
当个位计数到9时，等待下一个时钟脉冲CP后清零为0，同时给出信号RCO=1，十位160芯片开始工作；
当个位计数不到9时，RCO=0，使得十位160芯片的计数输出Q端一直保持，这也满足了“个位计数计满，十位才进一位来计数”的功能。
当计数到达25秒时，计数应停止，此功能通过与非门U9B来实现。
U9B的输出端接到个位160芯片的EN端。
当计数未满25时，与非门输出为1，使得计数器工作正常；
当计数到25时，与非门输出为0，使得个位160芯片被禁止，从而十位160芯片亦被禁止，计时器停止工作，数码管上的数字保持为“25”。
当计数为25秒时：
十位：
Qd1Qc1Qb1Qa1=0010，
个位：
Qd2Qc2Qb2Qa2=0101。
_____________
与非门输出方程为：
Y（U9B）=Qb1*Qc2*Qa2
故此时输出为0，其余时刻输出均为1。
U16A、U15B与非门连接到报警电路的RST端，实现其控制功能。
U16A实现了三端与非功能，而U15B可等效为一简单非门，故该部分连接到RST端的输出方程可写为：
Y=Y（U9B）*Qb1*CP
当计数未满20秒时，Qb1为0，Y输出为0，接入到RST端为低电平，报警器不工作；
当计数满20秒时，Qb1为1，Y（U9B）输出为1，故Y输出应为CP，接入到RST端为低电平和高电平交替，报警器工作，并发出多次声响；
当计数满25秒时，Qb1为1，Y（U9B）输出为0，故Y输出应为0，接入到RST端为低电平，报警器停止工作，计数停留在25秒。
2.4555定时器构成秒脉冲发生器
555定时器构成的多谐振荡器在接通电源后，可自动产生矩形脉冲波。
调整电阻值R和电容值C，可以得到周期为1秒的脉冲发生器。
周期的计算式为：
T=0.7*（R1+2R2）*C。
将OUT端同步接入到74LS160计数器的两个CP端。
CON端口不使用时，通常用一个小电容接地，以防止该端口电压的跳变。
555的功能表和VC、VO的波形图如下：
故可求得充电时间：
2.5555定时器构成报警电路
555定时器组成的多谐振荡器也可以搭建为报警电路。
该报警电路的工作状态由RST直接复位端决定。
复位端接入低电平，该电路停止工作；
接入高电平则正常工作。
当计数器到达20秒时，通过与非门逻辑转化，将CP信号接入到RST端，其高低电平交替进入使得蜂鸣器发出多次声响；
到达25秒时则报警停止。
调整R36和R38阻值以及C4容值，可以调整振荡频率从而改变蜂鸣器发声的急促程度；
输出端连接的三级管推动输出OUT端的矩形波，让蜂鸣器工作；
C3电容则有滤掉高次谐波的功能。
2.6交流变直流电路
接入交流220V以后，需要经过阻容降压、桥式整流、滤波、稳压等一系列调整后，才可将输出的直流5V接入蓄电池充电。
阻容降压的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。
将电容和电阻并联接入干路，电容器上不产生功耗，因为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。
根据这个特点，阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。
因此,电容降压实际上是利用容抗限流。
而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。
经过阻容后，交流电压的有效值会有下降。
桥式整流电路利用了二极管的单向导电作用。
四个特性相
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