籃球24秒計時器設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子技術(shù)課程設計報告題 目 名 稱 籃球倒計時 學 生 姓 名 王榮 學 號 專 業(yè) 自動化132 指 導 教 師 康耀明 2015年7月1日 摘 要 本電路主要由五個模塊構(gòu)成：秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、控制電路和報警電路，主要采用555 作為振蕩電路, 由74LS192、74LS48 和七段共陰LED 數(shù)碼管構(gòu)成計時顯示電路, 具有計時器直控制電路直接控制計數(shù)器啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示等功能。當控制電路的置數(shù)開關(guān)閉合時，在數(shù)碼管上顯示數(shù)字25，每當一個秒脈信號輸入到計數(shù)器時，數(shù)碼管上的數(shù)字就會自動減1，當計時器遞減到零時，報警電路發(fā)出光

2、電報警信號。關(guān)鍵詞：計數(shù)器，25秒倒計，譯碼顯示電路，控制電路，報警電路 目 錄1 設計要求和設計方案1 1.1 設計要求 1 1.2 設計方案 12 簡易籃球比賽計時器基本組成及工作原理2 2.1 電路組成 2 2.2 工作原理 2 2.2.1 譯碼顯示電路 2 2.2.2 計數(shù)電路 5 2.2.3 555振蕩電路 7 2.2.4 時序控制電路 9 2.2.5報警電路 10 2.3 總體電路圖113 調(diào)試 123.1靜態(tài)測試與調(diào)整 123.1.1 供電電源表電壓測試 123.1.2測試單元電路靜態(tài)工作總電流 123.1.3三極管表態(tài)電壓、電流測試 123.1.4集成電流表態(tài)工作點的測試 12

3、3.1.5數(shù)字電路表態(tài)工作點的測試 133.2電路調(diào)整方法 133.3 動態(tài)測試與調(diào)整 143.3.1測試電路動態(tài)工作電壓 143.3.2測量電路重要波形及其幅度和頻率 14 3.4頻率特性的測試與調(diào)整14 3.5 整機性能測試與調(diào)整15結(jié)論16謝辭17參考文獻18附錄191 設計要求和設計方案11設計要求125秒計時器具有顯示25秒的計時功能。2系統(tǒng)設置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動、暫停/連續(xù)功能。3設置計時器為25秒遞減時,其計時間隔為0.1秒。4當計時器遞減到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，應發(fā)出光電報警信號。12設計方案分析設計任務，該系統(tǒng)包括脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、輔

4、助時序控制電路（簡稱控制電路）和報警電路等5個部分構(gòu)成。其中，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成25秒計時功能，而控制電路其有直接控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號間的時序關(guān)系。在操作直接清零時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。當啟動開關(guān)閉合時，控制電路應封鎖時鐘信號CP，同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示25字樣；當啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；當暫停/連續(xù)開關(guān)撥在閉合位置上時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當暫停/連續(xù)開關(guān)撥在斷開時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。 2 簡易籃球比賽計時基本

5、組成及工作原理21電路組成 電路由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼器、顯示電路、報警電路和輔助控制電路五部分組成, 見圖2-1.圖2-1 計時器方框圖2.2工作原理 由555 定時器輸出秒脈沖經(jīng)過U2和U3入到計數(shù)器U4 的CPD端, 作為減計數(shù)脈沖。當計數(shù)器計數(shù)計到0 時, U4的( 13) 腳輸出借位脈沖使個位計數(shù)器U5開始計數(shù)。當U5計數(shù)器計數(shù)計到0 時, U5的( 13) 腳輸出借位脈沖使十位計數(shù)器U6開始計數(shù)。當計數(shù)器計數(shù)到“000”時應使計數(shù)器復位并置數(shù)“25”。但這時將不會顯示“000”, 而計數(shù)器從“001”直接復位。從11 腳輸出低電平使計數(shù)器置數(shù), 并保持為“25”, 同時D發(fā)光

6、二極管亮, 即光電報警。按下K1 時, 計數(shù)器開始計數(shù)。若按下K2,計數(shù)器立即復位置數(shù), 松開K2 計數(shù)器又開始計數(shù)。若需要暫停時, 按下K1, 使計數(shù)器保持不變, 斷開K1后, 計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)。按下K3為直接清零。 2.2.1譯碼顯示電路用發(fā)光二極管（LED）組成字型來顯示數(shù)字。這個數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。因為計算機輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進數(shù)，就必須先把BCD碼轉(zhuǎn)換成7段型數(shù)碼管顯示出十進制數(shù)的電路稱為“七段字型譯碼器”因此在本次的設計中我們采用了常圖2-2 譯碼顯示電路用的74LS48。數(shù)字顯示電路通常由譯碼器、驅(qū)動器和顯

7、示器等部分組成，如圖2-2所示。數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應用于各種數(shù)字設備中，目前數(shù)碼顯示器正朝著小型、低功耗、平面化方向發(fā)展。數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字形重疊式，它是將不同字符的電極重疊起來，要顯示某字符，只須使相應的電極發(fā)亮即可，如輝光放電管、邊光顯示等。第二種是分段式，數(shù)碼是由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆劃組成，如熒光數(shù)碼管等。第三種是點陣式，它由一些按一定規(guī)律排列的可發(fā)光的點陣所組成，利用光點的不同組合便可顯示不同的數(shù)碼，如場致發(fā)光記分牌。數(shù)字顯示方式目前以分段式應用最普遍，如2-3表示七段式數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合方

8、式，顯示015等阿拉伯數(shù)字。在實際實用中，1015并不采用，而是用2位數(shù)字顯示器進行顯示, 譯碼驅(qū)動74LS48 和7 段共陰數(shù)碼管組成。74LS48 譯碼驅(qū)動器具有以下特點: 內(nèi)部上拉輸出驅(qū)動, 有效高電平輸出, 內(nèi)部有升壓電阻而無需外接電阻。 圖2-3 七段式數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合按發(fā)光物質(zhì)不同，數(shù)碼顯示器可分為下列幾類：（1）半導體顯示器，亦稱發(fā)光二極管顯示；（2）熒光數(shù)碼管、場致發(fā)光數(shù)字板等。（3）液體數(shù)字顯示器，如液晶顯示器等。 （4）氣體放電顯示器，如輝光數(shù)碼管、等離子顯示板等。 如前所述，分段式數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼的。因此，為了使數(shù)碼管能將數(shù)碼所代表

9、的顯示出來，必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動器點亮對應的段，見圖2-4。例如，對于8421碼的0011狀態(tài)，對應的十進制數(shù)為3，則譯碼驅(qū)動器應使a、b、c、d、g各段點亮。即對應于某一組數(shù)碼，譯碼器應有確定的幾個輸出端有信號輸出，這是分段式數(shù)碼管電路的主要特點。圖2-4 74ls48引腳分布圖（左）及對應燈狀態(tài)（右）七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼設有多個輔助控制端，以增強器件的功能。它有3上輔助控制端LT、RBI、BI/RBO，現(xiàn)簡要說明如下表2-1： 表2- 1 74ls48引腳功能表七段譯碼驅(qū)動器功能滅燈輸入BI/RBOBI/RBO是特殊控制端，有時作

10、為輸入，有時作為輸出。當BI/RBO作輸入使用且BI=0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入ag均為0，所以字形熄滅。試燈輸入LT 當LT=0時，BI/RBO是輸出端，且此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1，顯示字型8。該輸入端常用于檢查7488本身及顯示器的好壞。動態(tài)滅零輸入RBI當LT=1，RBI=0且輸入代碼DCBA=0000時，各段輸出ag均為低電平，與BCD碼相應的字形0熄滅，故稱“滅零”。利用LT=0與RBI=0可以實現(xiàn)某個一位的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0。動態(tài)滅零輸出RBOBI/RBO作為輸出使用時，受控于LT=1且RBI=0，輸入代碼

11、DCBA=0000時，RBO=0：若LT=0或者LT=1且RBI=1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器間的連接。從功能表還可以看出，對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，面對其它輸入代碼僅要求LT=1，這時候，譯碼器各段ag輸出的電平是由輸入BCD決定的，并且滿足顯示字形的要求。2.2.2計數(shù)電路 計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件，它不僅可用來計脈沖數(shù)，還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以及其它特定的邏輯功能。計數(shù)器種類很多。按構(gòu)成計數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個時鐘脈沖源來分，有同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)制的不同，分為二進制計數(shù)器，十進

12、制計數(shù)器和任意進制計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)的增減趨勢，又分為加法、減法和可逆計數(shù)器。還有可預置數(shù)和可編程序功能計數(shù)器等等。 74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能。 如圖為74LS192的引腳圖 2-5： 圖2-5 74LS192的引腳圖LD置數(shù)端 CPU加計數(shù)端CPD 減計數(shù)端 CO非同步進位輸出端 BO非同步借位輸出端 D0、D1、D2、D3 計數(shù)器輸入端 Q0、Q1、Q2、Q3 數(shù)據(jù)輸出端 CR清除端 表2-2為74LS192同步十進制邏輯功能表：輸入輸出CR LD CPU CPD D3 D2 D1 DOQ3 Q2 Q1 Q01 X X X X X X X0

13、 0 X X d c b a0 1 1 X X X X0 1 1 X X X X0 1 1 1 X X X X0 0 0 0d c b a加計數(shù)減計數(shù)保持表2-2 74LS192邏輯功能表當清除端CR為高電平“1”時，計數(shù)器直接清零；CR置低電平則執(zhí)行其它功能。當CR為低電平，置數(shù)端LD也為低電平時，數(shù)據(jù)直接從置數(shù)端D0、D1、D2、D3 置入計數(shù)器。 當CR為低電平，LD為高電平時，執(zhí)行計數(shù)功能。執(zhí)行加計數(shù)時，減計數(shù)端CPD 接高電平，計數(shù)脈沖由CPU 輸入；在計數(shù)脈沖上升沿進行 8421 碼十進制加法計數(shù)。執(zhí)行減計數(shù)時，加計數(shù)端CPU接高電平，計數(shù)脈沖由減計數(shù)端CPD 輸入. 此實驗我們用

14、到計數(shù)器由兩片74LS192 同步十進制可逆計數(shù)器構(gòu)成。 利用減計數(shù)CR= 0, LD= 0, CPD=1, 實現(xiàn)計數(shù)器按8421 碼遞減進行減計數(shù)。 利用借位輸出端BO 與下一級的CPD 連接, 實現(xiàn)計數(shù)器之間的級聯(lián)。 利用預置數(shù)LD 端實現(xiàn)異步置數(shù)。當CR= 0, 且LD= 0 時, 不管CPU 和CPD 時鐘輸入端的狀態(tài)如何, 將使計數(shù)器的輸出等于并行輸入數(shù)據(jù), 即Q3Q2Q1Q0= D3D2D1D0。 2.2.3 555振蕩電路 集成時基電路又稱為集成定時器或555電路，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于內(nèi)部電壓標準使用

15、了三個5K電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型兩大類，二者的結(jié)構(gòu)與工作原理類似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556；所有的CMOS產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555或7556，二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時器。556和7556是雙定時器。雙極型的電源電壓VCC+5V+15V，輸出的最大電流可達200mA，CMOS型的電源電壓為+3+18V，555管腳如圖2-6： 圖2-6 555管腳分布圖(1) 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖2-7 圖2-7單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的組成（a）及時序圖（b）暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間TW決定于外接元件R、C值的大小。T

16、W1.1RC 通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒到幾十分鐘之間變化(2) 構(gòu)成多諧振蕩器如圖2-8圖2-8 多諧振蕩器的組成（a）及時序圖（b） 555電路要求 R1 與R2 均應大于或等于1K，但 R1R2 應小于或等于3.3M。 由NE555構(gòu)成的多諧振振蕩器。接通電源后，電容C2被充電，VC上升，當VC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器被復位，同時放電BJTT導通，此時V0為低電平，電容C通過R5和T放電，使VC下降，當下降至1/3Vcc時，觸發(fā)器又被置位，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。（3）施密特觸發(fā)器如圖2-9圖2-9 施密特觸發(fā)器的組成（a）及時序圖（b）2.2.4時序控制電路 此控制電路

17、可以完成以下四項功能：1、操作“清零K3”開關(guān)，要求計數(shù)器清零。2、閉合“K2”開關(guān)，計數(shù)器應完成置數(shù)功能，顯示器顯示24，斷開“啟動”開關(guān)，計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)。控制電路如圖2-10圖2-10 控制電路2.2.5報警電路 當芯片2輸出為低電平時發(fā)光二極管工作，發(fā)出報警。如圖2-11。圖2-11報警電路2.3 總體電路圖 如圖2-12所示：圖2-12 總體電路圖3 調(diào)試31靜態(tài)測試與調(diào)整3.1.1供電電源表態(tài)電壓測試 電源電壓是各級電路靜態(tài)工作是否正常的前提，若電源電壓偏高或都不能測量出準確的靜態(tài)工作點。若電源若有較大起伏，最好先不要接入電路，測量其安全安全空載和接入假負載時的電壓，待電源、

18、電壓輸出正常后再接入電路。3.1.2測試單元電路靜態(tài)工作總電流通過測量分塊電路表態(tài)工作電流，可以及早知道單元電路工作狀態(tài)，若電流偏大，就說明有短路或漏電。若電流偏小，則電路供電有可能出現(xiàn)開路，只有及早測量該電流，才能減小元件損壞。此時的電流只能作參考，單元電路各表態(tài)工作點高完成扣，還要再測量一次。3.1.3三極管表態(tài)電壓、電流測試首先要測量三極管三極地電壓，UC.UC.UC,來判斷三極管是否在規(guī)定的狀態(tài)（放大、飽和、截止）內(nèi)工作。例如，測出UC=0V,UB=0.68V,UC=0v，則說明三極管處于飽和導通狀態(tài)，看該狀態(tài)是否與設計相同，若不相同，則要細心分析這些數(shù)據(jù)，并對基極偏置 進行適當?shù)恼{(diào)整

19、。其次再測量三極管集電極表態(tài)電流，測量方法方法有兩種：（1） 直接測量法。直接測量法是把集電極焊接銅斷開，然后串入萬用表，用電流擋測量電流。（2） 間接測量法。間接測量法是通過測量三極管集電極電阻或發(fā)射極電阻的電壓，然后根據(jù)歐姆定律I=U/R，計算出集電極靜態(tài)電流。3.1.4集成電路表態(tài)工作點的測試（1）集成電路各引腳靜態(tài)對地電壓的測量。集成電路內(nèi)的晶體管、電阻、電容都封裝在一起，無法進行調(diào)整。一般情況下，集成電路各腳對地電壓基本上反映了內(nèi)部工作狀態(tài)是否正常。在排除外圍元件損壞（或插錯元件、短路）的情況下，只要將所測得電壓與正常電壓進行比較，可做出正確判斷（2）集成電路靜態(tài)工作電流的測量。有時

20、集成電路雖然正常工作，但發(fā)熱嚴重說明功耗偏大，是表態(tài)工作電流還正常的表現(xiàn)，所以要測量表態(tài)工作電流。測量時可斷集成電路供電引腳銅，串入萬用表，使用電流擋來測量。若是雙電源供電，則必須分別測量。3.1.5數(shù)字電路表態(tài)邏輯電平的測量一般情況下，數(shù)字電路只有兩種電平，經(jīng)TTL與非電路為例，0。8V以下為低電平，1。8以上為高電平。電壓在0.81.8V電路狀態(tài)是不穩(wěn)定的，所以該電壓范圍是不允許的。不同數(shù)字電路高低電平界限都有所不同，但相關(guān)不遠。在測量數(shù)字電路的表態(tài)邏輯電平時，先在輸入端加入高電平或仰電平，然后再測量各輸出端的電壓是高電平還是低電平，并做好記錄。測量完畢后分析其狀態(tài)電平，判斷是否符合該數(shù)字

21、電路的邏輯關(guān)系。若不符合，則要對電路引線作一次詳細檢查，或者更換該集成電路。3.2 電路調(diào)整方法進行測試的時候，可能需要對某些元件的參數(shù)作以調(diào)整。調(diào)整的方法一般有兩種：（1） 選擇法。通過替換元件來選擇合適的電路參數(shù)（性能或技術(shù)指標）。在電路原理圖中，元件的參數(shù)旁邊通常標注有“*”號，表示需要在調(diào)整中才能準確地選定。因為反復替換元件很不方便，一般總是先接入可調(diào)元件，待調(diào)整確定了何事的元件參數(shù)后，再換上與選定參數(shù)值相同的固定元件。（2） 調(diào)節(jié)可調(diào)元件法。在電路中已經(jīng)裝有調(diào)整元件，如電位器、微調(diào)電容或微調(diào)電感等。其優(yōu)點是調(diào)節(jié)方便，而且電路工作一段時間后，如果狀態(tài)發(fā)生變化，也可以隨時調(diào)整，但可調(diào)元件

22、的可靠性差，體積也比固定元件大。 3.3 動態(tài)測試與調(diào)整3.3.1 測試電路動態(tài)工作電壓測試內(nèi)容包括三極管b、c、e極和集成電路各引腳對地的動態(tài)工作電壓。動態(tài)電壓與靜態(tài)電壓同樣是判斷電路是否正常工作地重要依據(jù)，例如有些振蕩電路，當電路起振時測量UBC只留電壓，萬用表指針會出現(xiàn)反偏現(xiàn)象，利用這一點可以判斷振蕩電路是否起振。3.3.2 測量電路重要波形及其幅度和頻率無論是在測試還是在排除故障的過程中，波形的測試與調(diào)整都是一個相當重要的技術(shù)。各種整機電路都可能有波形產(chǎn)生或波形處理變換的電路。為了判斷電路各種過程是否正常，是否符合技術(shù)要求，常需要觀測各被測電路的輸入、輸出波形，并加以分析。對不符合技術(shù)

23、要求的，則要通過調(diào)整電路元器件的參數(shù)，使之達到預定的技術(shù)要求。在脈沖電路的波形變換中，這種測試更為重要。大多數(shù)情況下觀察的波形都是電壓波形，有時為了觀察電流波形，則可通過測量其限流電阻的電壓，再轉(zhuǎn)成電流的方法來測量。用示波器觀測波形時，示波器上線頻率應高于測試波形的頻率。對于脈沖波形，示波器的上升時間還必須滿足要求觀測波形的時候可能會出現(xiàn)不正常的情況，只要細心分析波形，總會找出排除的方法。如測量點沒有波形這種情況應重點檢查電源，靜態(tài)工作點，測試電路的連線等。3.4頻率特性的測試與調(diào)整頻率特性是電子電路中的一項技術(shù)指標，好壞主要取決于高頻調(diào)諧器及中放通道頻率特性所謂頻率特性是指一個電路對于不同頻

24、率、相同同謀的輸入信號（通常是電壓）在輸出端產(chǎn)生的響應測試電路頻率特性的方法一般有兩種，信號源與電壓表測量法和掃頻測量法。（1） 用信號源與電壓表測量法。這種方法是在電路輸入端加入按一定頻率間隔的等幅正弦波，并且每加一個正弦波就測量一次輸出電壓。功率放大器常用這個方法測量頻率特性。（2） 用掃頻儀測量頻率特性把掃頻儀輸入端和輸出端分別與被測電路的輸出端和輸入端連接，在掃頻儀的顯示屏上就可以看出電路對各點頻率的響應幅度波形，采用掃頻儀測試頻率特性具有測試簡便、迅速、直觀、易于調(diào)整等特點，常用于各種中頻特性調(diào)試、帶通調(diào)試等。如收音機的調(diào)幅465KHZ和高頻10。7MHZ常用掃頻儀來調(diào)試。3.5整機

25、性能測試與調(diào)整整機高度是把所有經(jīng)過靜態(tài)調(diào)試的各個部件組裝在一起進行的有關(guān)高度，它的主要目的是讓電子產(chǎn)品達到原設計的技術(shù)指標和要求。由于較多內(nèi)容已在分塊調(diào)試中完成了調(diào)試，整機高度只要檢測整機技術(shù)指標是否達到原高計要求就可，若不能達到則不能達到則再作適當調(diào)整。整機高度流程一般有以下幾個步驟：（1） 整機外觀的查檢。整機外觀的查檢主要是檢查外觀部件是否齊全，外觀調(diào)節(jié)部件和活動部件是否靈活。（2） 整機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的查檢。整機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的檢查主要是檢查內(nèi)部邊線的分布是否合理、整齊，內(nèi)部傳動部件是否靈活、可靠各單元電路板或別的部件與機座是否堅固，以及它們間的連接線、接插件有沒有漏了，錯、緊等。（3） 結(jié)單元電路性能指標進行復檢各單元電路性能反對票是否有改變，若有改變，則須調(diào)事有關(guān)元器件。（4） 整機技術(shù)指標的測試。對憶調(diào)整好的整機必須進行技術(shù)測定，以判斷它是否達到原設計的技術(shù)要求。如飛機的整機功耗、靈敏度、頻率覆蓋等技術(shù)參數(shù)的測定，不同類型的整機有各自的參數(shù)，并規(guī)定了相應措施的測試方法。結(jié) 論本次設計主要通過模塊化思想，逐步實現(xiàn)設計所需達到的功能要求：時鐘模塊為減計數(shù)提供一個頻率為10Hz的脈沖信號，從而實現(xiàn)