篮球比赛倒计时报警电路的设计

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[摘 要] 本系统采用的是模拟一个篮球比赛“24” 秒倒计时，具有倒计时功能及其报警的装置。可从“24” 开始依序的倒计时时隔一秒，可以直观的看到现象。

[关键词] LM317 CD40192 CD4511 CD4011 数码管 继电器 蜂鸣器

一、本设计主要特点

1、具有倒计时功能。可以完整地实现从“24” 秒开始依序倒计时并显现倒计时过程，显示的时间间隔为1秒。秒信号由红色发光二极管表示它的工作状态。

2、具有消隐功能。当“24“秒倒计时至终点的瞬间、显示器立刻自行消隐。消隐时间大于5秒。

3、具有复位功能。设有手动“24”秒复位键，即无论在什么情况下，只要一按复位键，数码管马上从“24“秒接着开始倒计时。

4、具有准时报警功能。当发生“24”秒违例时，在倒计时“24”秒结束的瞬间要立即发出报警声音“滴――”，且该声音不能太长也不可太短，只能是0.5秒左右。在3米外可以清晰的听到。

二、分析

按照题目要求，有两种方式：

1、第一种方式，适用于一般性场馆。“24”秒倒计时与其显示装置放在记录台，当“24”秒倒计时至终点的前一瞬间即字显消隐前0.5秒发出报警声“滴――”，就在“滴――”声落音是也就是字显消隐的瞬间，记录台工作人员吹响“双音”哨，警示裁判员和双方球员。

2、第二种方式，适用于篮球专用场馆，当“24”秒倒计时至终点即字显消失的瞬间发出清晰且足以能让全场听清的警示“滴――”声。

三、设计

由此将整个电路的设计分为5大模块，即电源模块，信号模块，计数显示模块，报警模块和消隐部分，手动模块。

1、电源模块电路分析如下

220V市电经220V―15V变压器将其变成约为15V的交流，通过二极管桥式整流电路，利用二极管的单向导电性将其变为15V左右的脉动直流，经过滤波电容装置后便成比较平稳的脉动直流，将其送到LM317稳压电源模块，和二次滤波装置，基本上输出是平稳的直流了，用绿色的发光二极管来表示电源电路的工作状态。为了避免发光二极管因电流过大而烧坏，在电路中串联一限流电阻，阻值一般为1K。如图1所示：

图1

2、脉冲电路的设计

利用CD4011与非门做非门震荡， 如图2所示：

图2

3、计数显示模块的设计

比赛提供的主要元器件是2片CD40192，2片CD4511，2个数码管，和14个470欧姆的限流电阻。元器件介绍如图3所示：

（1）CD40192的管脚图

图3

（2）功能介绍

CD40192是同步十进制可逆计数器，其中：D0，D1，D2，D3为计数器数据输入端

Q0，Q1，Q2, Q3为计数器数据输出端，LD非为置数端，CR为清除端，当CR为低电平，LD非为高电平时，执行计数，CO非为非同步进位输出端，BO非为非同步借位输出端，CPD为减法计数端，CPU为加法计数端，执行加法计数时，CPD接高电平，执行减法计数时，CPU接高电平

（3）CD4511是一个用于驱动共阴数码管显示的BCD码――七段码译码器。其功能为：

BI:4脚是消隐输入控制端，当BI为低电平的时候，不管它输入状态如何，七段数码管均处于消隐熄灭状态，不显示数字。

LT；3脚是测试输入端，当BI为高电平，LT为低电平时，译码输出全为高电平，不管输入ABCD状态如何，七段码均发亮，显示“8”，它主要是用来检验数码管是否损坏。

LE：锁定控制端，当LE为低电平的时候，允许译码输出，LE为高电平的时候，译码输出锁定保持状态，译码输出被保持在LE为低电平时的数值。

DCBA即6217脚为8421-BCD码

abcdefg为译码输出端，与数码管对应的管脚连接，输出为高电平有效。

（4）计数显示模块电路的原理

此模块的目的是通电后让作品满足数码管显示24，之后以“24-23-22……00”的顺序依次减法计数。

CD40192是同步十进制可逆计数器，具有减法和加法的功能，与CD4511和数码管结合，可以实现加法和减法计数功能，另外，CC40192与我们熟悉的CD4518和CD40110相比，多了一种先进的功能，就是可以利用其置数端，向计数器置入――任意的数字，实现从某一数字加法或者减法计数。把非门震荡产生的信号作为计数脉冲信号，接在个位cd40192的减法计数端，DO,D1,D2,D3分别与CD4511的3456输入端相连，个位CD40192置入4，十位CD40192置入2，个位CD40192的D2接高电平，DO,D1，D3分别接入低电平，十位CD40192的D1接高电平，D0,D2，D3接低电平，由于CD40192的置数端LD非为低电平的时候可以允许预置数，当其为高电平的时候再允许执行计数功能，那么我们可以另设计一个短时间的低高电平的切换加在置数端，使CD40192的置数端――通电的时候是低电平，允许预置数字，短时间后变成高电平，然后才执行计数功能，即将以前学过的通电复位的电路稍微改进一下，将电容正极通过一非门。个位CD40192的进位端作为十位CD40192的减法输入信号，当个位CD40192变0时马上输出一高电平，那么十位的CD40192就会“2-1-0”顺序减法计数，同时两个CD4019的CPU应接高电平，通电后实现的是24秒，随后进行“24-23-22……00”的顺序依次减法计数，如图4所示：

图4

4、报警模块和消隐部分

报警模块和消隐部分还要求在计数器显示00的瞬间，数码管消隐，根据CD4511的功

能可知，当4脚为高电平的时候，数码管正常工作，当4脚为低电平的时候，数码管马上消隐。因此我们可以继电器的公共端接电源正极，消隐端与常闭端连接，当电容未充电电压比较器输出低电，继电器依然常闭，不消隐。当电容充电后，电压比较器输出高电，继电器闭合数显消隐，放电完成后又回到之前又开始重复。如图5所示：

图5

参考文献：

[1]王港元主编.《电工电子实践指导》江西高校出版社，2010．12.

[2]黄智伟主编．《全国大学生电子设计竞赛电路设计》北京：航空航天大学出版社，2006.12.

[3]潘琢金译.《C8051F020/1/2/3混合信号ISP FLASH微控制器数据手册》Rev1.4，2005.2.

[4]王新贤主编.《通用集成电路速查手册》济南：山东科学技术出版社，2005.2.