籃球比賽24秒倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)

1、籃球比賽24秒倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)112001班 張朝偉 目錄 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?設(shè)計(jì)要求 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)方案 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)心得體會(huì) 參考文獻(xiàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?進(jìn)一步提高獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力 掌握數(shù)字系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法 對(duì)數(shù)字集成電路的綜合應(yīng)用有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和理解 設(shè)計(jì)要求 具有兩位數(shù)碼顯示，可分別顯示24秒的個(gè)位和十位 具有計(jì)數(shù)器的復(fù)位、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)、聲光報(bào)警等功能 電路由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示電路、報(bào)警電路和輔 助控制電路組成 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 555定時(shí)器、共陰數(shù)碼管 74LS192同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器、74LS4

2、8譯碼驅(qū)動(dòng)器 蜂鳴器、發(fā)光二極管 電阻、電容、開(kāi)關(guān) 實(shí)驗(yàn)原理 整個(gè)電路主要由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示電路、 報(bào)警電路和輔助控制電路五個(gè)部分組成。 其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊：計(jì)數(shù)器完成24秒計(jì) 時(shí)功能；控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連 續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時(shí)時(shí)間到報(bào)警等功能； 秒脈沖發(fā)生器可采用555定時(shí)器構(gòu)成。 主體電路：24秒倒計(jì)時(shí)。24秒計(jì)數(shù)芯片的置數(shù)端清零端共用一 個(gè)開(kāi)關(guān)，比賽開(kāi)始后，24秒的置數(shù)端無(wú)效，24秒的倒數(shù)計(jì)時(shí)器 開(kāi)始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，逐秒倒計(jì)一之到零。選取“00”這個(gè)狀態(tài)， 通過(guò)組合邏輯電路給出截?cái)嘈盘?hào)，讓該信號(hào)與時(shí)鐘脈沖在與門

3、 中將時(shí)鐘截?cái)啵褂?jì)時(shí)器在計(jì)數(shù)到零時(shí)停止。 實(shí)驗(yàn)方案 由555 定時(shí)器輸出秒脈沖經(jīng)過(guò)R3輸入到計(jì)數(shù)器IC4 的CD 端, 作 為減計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)到0 時(shí), IC4的( 13) 腳輸出借位 脈沖使十位計(jì)數(shù)器IC3 開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“00”時(shí)應(yīng) 使計(jì)數(shù)器復(fù)位并置數(shù)“24”。但這時(shí)將不會(huì)顯示“00”, 而計(jì)數(shù) 器從“01”直接復(fù)位。由于“00”是一個(gè)過(guò)渡時(shí)期, 不會(huì)顯示出 來(lái), 所以本電路采用“99”作為計(jì)數(shù)器復(fù)位脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器由 “00”跳變到“99” 時(shí), 利用個(gè)位和十位的“9”即“1001” 通過(guò)與非門IC5 去觸發(fā)RS 觸發(fā)器使電路翻轉(zhuǎn), 從11 腳輸出低電 平使計(jì)數(shù)器置數(shù)

4、, 并保持為“24”, 同時(shí)D發(fā)光二極管亮, 蜂鳴器 發(fā)出報(bào)警聲, 即聲光報(bào)警。按下K1 時(shí), RS 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)11 腳輸出 高電平, 計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。若按下K2,計(jì)數(shù)器立即復(fù)位, 松開(kāi)K2 計(jì)數(shù)器又開(kāi)始計(jì)數(shù)。若需要暫停時(shí), 按下K3,振蕩器停止振蕩, 使 計(jì)數(shù)器保持不變, 斷開(kāi)K3后, 計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。 實(shí)驗(yàn)步驟 （一）秒脈沖發(fā)生器 為了給計(jì)數(shù)器74LS192提供一個(gè)時(shí)序脈沖信號(hào),使其進(jìn)行 減計(jì)數(shù),本設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu) 成的多諧振蕩電路(即脈沖產(chǎn)生電路)。 輸出的脈沖頻率為： 經(jīng)過(guò)計(jì)算得到 ，即1秒 Hzf1 CRR f *21)2( 14. 1 21 1 tt

5、f 實(shí)驗(yàn)步驟 （二）計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件，它不僅可用來(lái)計(jì)脈沖數(shù)， 還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功、 能。結(jié)合我們所學(xué)習(xí)的各芯片特點(diǎn)，只有74LS19系列芯片屬于可減計(jì) 數(shù)，我們選取了74LS192芯片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 利用減計(jì)數(shù)RD= 0, LD= 0, CPD=1, 實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器按8421 碼遞減進(jìn)行減計(jì) 數(shù)。利用借位輸出端BO 與下一級(jí)的CPD 連接, 實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器之間的級(jí)聯(lián)。 利用預(yù)置數(shù)LD 端實(shí)現(xiàn)異步置數(shù)。當(dāng)RD= 0, 且LD= 0 時(shí), 不管CPU 和 CPD 時(shí)鐘輸入端的狀態(tài)如何, 將使計(jì)數(shù)器的輸出等于并行輸入數(shù)據(jù), 即 Q3Q2Q

6、1Q0= D3D2D1D0。 實(shí)驗(yàn)步驟 （三）譯碼器與顯示電路 此模塊主要是由74LS48譯碼器和共陰極七段LED顯示器組成， 74LS48 譯碼驅(qū)動(dòng)器具有以下特點(diǎn): 內(nèi)部上拉輸出驅(qū)動(dòng), 有效高 電平輸出, 內(nèi)部有升壓電阻而無(wú)需外接電阻。通過(guò)計(jì)數(shù)器加到譯 碼器，共陰極七段LED顯示器，用發(fā)光二極管（LED）組成字 型來(lái)顯示數(shù)字。這個(gè)數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管， 為了使數(shù)碼管能將數(shù)碼所代表的顯示出來(lái)，必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼 器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的段。從而實(shí)現(xiàn)共陰極七段 LED顯示器從24遞減到零的計(jì)數(shù)顯示功能。 實(shí)驗(yàn)步驟 （四）控制電路 完成計(jì)數(shù)器的復(fù)位、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/ 繼續(xù)計(jì)數(shù)、聲

7、光報(bào)警等功能?？?制電路由IC5 組成。IC5B 受計(jì)數(shù)器的控制。IC5C、IC5D 組成RS 觸發(fā) 器, 實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的復(fù)位、計(jì)數(shù)和保持“24”、以及聲、光報(bào)警的功能。 (1) K1: 啟動(dòng)按鈕。K1 處于斷開(kāi)位置時(shí), 當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí), 控制 電路發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào), 計(jì)數(shù)器保持“24”狀態(tài)不變, 處于等待狀態(tài)。 當(dāng)K1 閉合時(shí), 計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。 (2) K2: 手動(dòng)復(fù)位按鈕。當(dāng)按下K2 時(shí), 不管計(jì)數(shù)器工作于什么狀態(tài), 計(jì)數(shù) 器立即復(fù)位到預(yù)置數(shù)值, 即“24”。當(dāng)松開(kāi)K2 時(shí), 計(jì)數(shù)器從24 開(kāi)始計(jì)數(shù)。 (3) K3: 暫停按鈕。當(dāng)“暫停/ 連續(xù)”開(kāi)關(guān)處于“暫?！睍r(shí), 計(jì)數(shù)器暫停

8、計(jì)數(shù), 顯示器保持不變, 當(dāng)此開(kāi)關(guān)處于“連續(xù)”開(kāi)關(guān), 計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì) 數(shù)。 實(shí)驗(yàn)步驟 （五）報(bào)警電路 當(dāng)IC5D 輸出為低電平時(shí), 發(fā)光二極管D 發(fā)光, 同時(shí)蜂鳴器 發(fā)出報(bào)警。如圖所示 整 機(jī) 電 路 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 故障1：完成秒脈沖發(fā)生器電路后，不能產(chǎn)生脈沖信號(hào)。 解決：仔細(xì)檢查電路，用萬(wàn)用表逐一排查引腳，最后發(fā)現(xiàn)是555 芯片構(gòu)成的振蕩電路中1引腳跟2引腳中接的電容有問(wèn)題，重新 換了新電容后依舊故障，后來(lái)又仔細(xì)檢查后才發(fā)現(xiàn)是電容正反 接錯(cuò)了，換過(guò)了后電路正常了。 故障2：搭建完全部電路后，按下?lián)軇?dòng)開(kāi)關(guān)，顯示電路顯示數(shù)值 不發(fā)生改變。 解決：在對(duì)控制電路所有的電路連接方式，元器件的單獨(dú)檢查

9、， 跟完成品的聯(lián)合檢測(cè)，最終發(fā)現(xiàn)故障為控制電路所處74LS10芯 片構(gòu)成的與非門沒(méi)有正常連接進(jìn)電路，把10芯片拔出來(lái)才發(fā)現(xiàn) 原來(lái)10芯片的第7腳被折彎，沒(méi)有插進(jìn)電路板，導(dǎo)致10芯片沒(méi)有 接地從而導(dǎo)致電路故障，換了芯片后故障排除。 心得體會(huì) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí) 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié) 論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到 問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的 問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理 解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中 遇到了很多專業(yè)知識(shí)問(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。此次 課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問(wèn)題，出現(xiàn)差 錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后的制作應(yīng)該更輕