[論文設(shè)計(jì)]籃球24秒計(jì)時(shí)器

XXX電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)籃球24秒計(jì)時(shí)器1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.1具備顯示24秒計(jì)時(shí)功能1.2計(jì)時(shí)器為遞減工作，間隔為1S1.3遞減到0時(shí)發(fā)聲光報(bào)警信號1.4設(shè)置外部開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的清0，啟動(dòng)及暫停2方案選擇和電路工作原理2.1分析要求，畫原理框圖 24秒計(jì)時(shí)器的總體方框圖如圖2.1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器，計(jì)數(shù)器，譯碼顯示電路，報(bào)警電路和控制電路等五個(gè)部分組成。其中計(jì)數(shù)電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成24秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的清零，啟動(dòng)，暫停等功圖2.1原理框圖能。 秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，電路采用555集成電路組成的多諧振蕩器構(gòu)成 譯碼顯示電路用74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報(bào)警電路用發(fā)光二極管和蜂鳴器組成。圖2.2.1方案一電路圖2.2方案選擇2.2.1方案一電路如圖2.2.1，該方案的計(jì)數(shù)部分是由具有十進(jìn)制加計(jì)數(shù)功能的74LS90芯片和具有十六進(jìn)制加計(jì)數(shù)功能的74LS161芯片等組成的減計(jì)數(shù)電路。 接通電源后，打開555多諧振蕩電路發(fā)出秒脈沖。將S2撥向連續(xù)，當(dāng)S1置于“置數(shù)”位置時(shí)74LS90立刻置9，此時(shí)十位顯示器顯示數(shù)字2，而當(dāng)脈沖上升沿輸入74LS161時(shí)，該芯片第一次置數(shù)“11”，由于反向器作用，顯示器顯示”4”。將S1撥向“計(jì)時(shí)”，電路開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)個(gè)位顯示9后，LD的輸入變?yōu)楦唠娖?，?61自動(dòng)第二次置數(shù)15，個(gè)位顯示0，同時(shí)74LS90計(jì)數(shù)加一，十位顯示減一。十位上的譯碼器的接線，使其只能在0，1，2之間循環(huán)。當(dāng)顯示變?yōu)?0時(shí)，自動(dòng)停止計(jì)數(shù)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號。 S2撥向“暫?！睍r(shí)，能實(shí)現(xiàn)即時(shí)暫停。 接通電源時(shí)，需注意將J1撥向置數(shù)位置，否則低位將會從F開始遞減。2.2.2方案二 電路如圖2.2.2，該方案計(jì)數(shù)部分有兩片74LS192十進(jìn)制可編程加/減計(jì)數(shù)器等組成。它的計(jì)數(shù)原理是：只有當(dāng)?shù)臀籅O1端發(fā)出借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器才作減計(jì)數(shù)。當(dāng)高低位計(jì)數(shù)器全處于零，且低位沒有脈沖輸入時(shí)，置數(shù)端LD=0, 計(jì)數(shù)器完成并行置數(shù)，在低位有時(shí)鐘輸入的情況下，計(jì)數(shù)器再進(jìn)行下一次減計(jì)數(shù)。圖2.2.2方案二電路圖 J1實(shí)現(xiàn)連續(xù)/暫停,J2實(shí)現(xiàn)置數(shù)/計(jì)數(shù)功能，J3為清零鍵。當(dāng)顯示減為00時(shí)高位BO端發(fā)出借位脈沖，使低位芯片無脈沖輸入，電路停止計(jì)數(shù)，同時(shí)LED發(fā)出報(bào)警信號。2.2.3方案選擇 兩方案的秒脈沖發(fā)生部分都是有555多諧振蕩電路組成，基本無多大區(qū)別。主要區(qū)別在于計(jì)數(shù)部分，方案一采用加計(jì)數(shù)器，方案二采用減計(jì)數(shù)器。由電路結(jié)構(gòu)來看，方案一用到了異或門和七個(gè)非門，較方案二復(fù)雜的多。在功能實(shí)現(xiàn)方面，方案二滿足設(shè)計(jì)要求，而方案一中的低位由74LS161和非門構(gòu)成，顯示數(shù)字為161輸出二進(jìn)制數(shù)的反碼所對應(yīng)的數(shù)，0即二進(jìn)制0000對應(yīng)1111，74LS161不能實(shí)現(xiàn)，因此不能實(shí)現(xiàn)清零功能。但個(gè)人認(rèn)為籃球計(jì)時(shí)器從24秒倒計(jì)時(shí)，置數(shù)24秒就相當(dāng)于清零，所以清零電路可以省去。方案一在接通電源時(shí)若將置數(shù)鍵置于計(jì)數(shù)位置，74LS161將從0000開始加計(jì)數(shù)對應(yīng)反碼1111無法顯示，而方案二不會出現(xiàn)該問題。綜合分析，采用方案二。3單元電路設(shè)計(jì)3.1倒計(jì)時(shí)電路 該電路主要由兩片71LS192構(gòu)成。74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。 CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。74ls192引腳圖74ls192功能表 在該設(shè)計(jì)中，利用芯片的減計(jì)數(shù)功能，即時(shí)鐘脈沖從cpd輸入，而cpu接高電平。采用兩片芯片級連的方式，低位的借位信號作為高位的時(shí)鐘信號。高位的借位信號通過與非門控制地位的CP輸入，從而當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為00時(shí)達(dá)到停止計(jì)數(shù)的目的。置數(shù)采用8421BCD碼，24轉(zhuǎn)化為8421BCD碼為00100100。電路接線如圖3.1圖3.1倒計(jì)時(shí)電路3.2秒脈沖信號控制電路 圖3.2脈沖控制電路 圖3.2是秒脈沖信號CP的控制電路，控制CP的放行與禁止。當(dāng)定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，74LS192的借位輸出信號BO=1，則CP信號受“暫停/連續(xù)”開關(guān)控制。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，BO=0，CP信號被封閉，計(jì)時(shí)器保持零狀態(tài)不變。 3.3譯碼顯示電路 3.3.1共陰極數(shù)碼管數(shù)碼顯示器可顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及工作數(shù)據(jù)，我們所選用的是發(fā)光二極管（LED）顯示器，它分為兩種，共陰極、（BS201/202）與共陽極（BS211/212），我們所選的是共陰極，它是將發(fā)光二極管的陰極短接后作為公共極，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號為高電平時(shí)，陰極必須接低電平，才能夠發(fā)光顯示。共陰極數(shù)碼管的外引腳及內(nèi)部電路如圖3.3.1圖3.3.1數(shù)碼管外引腳及內(nèi)部電路3.3.2共陰極七段顯示譯碼器74LS48驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器的譯碼器輸出為高電平有效，所以選用74LS48驅(qū)動(dòng)共陰極的發(fā)光二極管顯示器。3.3.274LS48外引線排列圖與功能表 74LS48工作原理：譯碼器輸入端為二進(jìn)制碼，經(jīng)譯碼器后，輸出端分別與七段顯示器的的輸入端對應(yīng)連接。消隱（滅燈）輸入端BI為低電平有效。當(dāng)消隱（滅燈）輸入端BI =0 時(shí)，不論其余輸入端狀態(tài)如何，所有輸出為零，數(shù)碼管七段全暗，無任何顯示；當(dāng)消隱輸入端BI =1 時(shí)譯碼器譯碼。燈測試（試燈）輸入端LT 為低電平有效。當(dāng)燈測試（試燈）輸入端=0（/ =1）時(shí)，不論其余輸入端狀態(tài)如何，所有輸出為1，數(shù)碼管七段全亮，顯示8?？捎脕頇z查數(shù)碼管、譯碼器有無故障；當(dāng)燈測試輸入端LT =1 時(shí)譯碼器譯碼。脈沖消隱（動(dòng)態(tài)滅燈）輸入RBI 為低電平有效。當(dāng)RBI =1時(shí)，對譯碼器無影響；當(dāng)BI =LT =1 時(shí)，若RBI =0，輸入數(shù)碼是十進(jìn)制的零時(shí)，數(shù)碼管七段全暗，不顯示；輸入數(shù)碼不為零時(shí)，則照常顯示。在實(shí)際使用中有些零是可以不顯示的，如 004.50 中的百位的零可不顯示；若百位的零可不顯示，則十位的零也可不顯示；小數(shù)點(diǎn)后第二位的零，不考慮有效位時(shí)也可不顯示。脈沖消隱輸入RBI =0 時(shí)，可使不顯示的零消隱。3.4秒脈沖信號發(fā)生電路 如圖3.4，由NE555構(gòu)成的多諧振振蕩器，接通電源后，電容C1被充電，VC上升，當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，此時(shí)V0為低電平，電容C通過R2和T放電，使VC下降，當(dāng)下降至1/3 VCC時(shí)，觸發(fā)器又被置位，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)， VCC將通過R2和R3向電容器充電，VC由1/3VCC上升到2/3VCC。當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為：f=1.43/(R3+2R2)C。在這里我們選擇R2=68K，C1=10uf，只要用一個(gè)可變電阻器代替R3， 圖3.4秒脈沖信號發(fā)生電路并將它調(diào)至7K即可輸出1HZ，達(dá)到要求。4電路的制作與調(diào)試 在電路制作過程中主要用萬用表來檢測接線真確與否。由于線路板年代已久，很多插孔有松動(dòng)現(xiàn)象，甚至有些插孔短接，給接線造成了很大的麻煩。首次接線時(shí)，沒有注意該問題，直接將全部接線一次連完，結(jié)果電路不能正常工作。分析了原因后重新接線，此次采取每個(gè)單元電路分步接線，并隨時(shí)檢測電路。在全體小組成員的共同努力下，電路終于初步完成。 調(diào)試中不能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，用萬用表檢測各點(diǎn)電勢，發(fā)現(xiàn)置數(shù)開關(guān)接線有問題，555無脈沖輸出，與非門是壞的。改進(jìn)電路后運(yùn)行正常，一切符合要求。5收獲體會 本次課程設(shè)計(jì)是我首次課程設(shè)計(jì)。作為是自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，設(shè)計(jì)是我們將來必需的技能，這次課程設(shè)計(jì)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識的機(jī)會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計(jì)對電路的仿真再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進(jìn)行了檢驗(yàn)?？梢哉f，本次課程設(shè)計(jì)有苦也有甜。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。制作過程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對電路的調(diào)試要一步一步來，不能急躁，要求我們有一個(gè)比較正確的調(diào)試方法。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗(yàn)的前提下可以加快進(jìn)度。要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)韌的毅力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如CP脈沖的供給通斷等。在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因。設(shè)計(jì)過程中，我深刻的體會到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做?？傮w來說，這次實(shí)習(xí)我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。在讓我體會到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí)，更讓我體會到成功的喜悅。6元器件明細(xì)表元件名稱型號規(guī)格數(shù)量備注數(shù)碼管共陰極小號2七段譯碼顯示器74LS48直插式216腳8421BCD碼計(jì)數(shù)器74LS192直插式216腳脈沖電路555直插式18腳非門集成芯片74LS04直插式214腳三輸入與非門集成芯片74LS10直插式114腳電容電解0.1uF、10uF2色環(huán)電阻Rest10K、15K、68K若干發(fā)光二極管LED小號1開關(guān)按鍵、撥動(dòng)一路、兩路3電線若干7參考文獻(xiàn)康華光,2005.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版),高等教育出版社 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