篮球24秒计时器设计

电子技术课程设计报告题目名称篮球倒计时学生姓名王荣学号6101213035专业自动化132指导教师康耀明2015年7月1日摘要本电路主要由五个模块构成：秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路，主要采用555作为振荡电路,由74LS192、74LS48和七段共阴LED数码管构成计时显示电路,具有计时器直控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。当控制电路的置数开关闭合时，在数码管上显示数字25，每当一个秒脉信号输入到计数器时，数码管上的数字就会自动减1，当计时器递减到零时，报警电路发出光电报警信号。关键词：计数器，25秒倒计，译码显示电路，控制电路，报警电路目录1设计要求和设计方案………………………………………11.1设计要求………………………………………………………11.2设计方案………………………………………………………12简易篮球比赛计时器基本组成及工作原理…………………22.1电路组成………………………………………………………22.2工作原理………………………………………………………22.2.1译码显示电路……………………………………22.2.2计数电路…………………………………………………52.2.3555振荡电路………………………………………………72.2.4时序控制电路……………………………………………92.2.5报警电路…………………………………………………102.3总体电路图……………………………………………………113调试…………………………………………………………123.1静态测试与调整………………………………………………123.1.1供电电源表电压测试………………………………………123.1.2测试单元电路静态工作总电流………………………………123.1.3三极管表态电压、电流测试…………………………………123.1.4集成电流表态工作点的测试…………………………………123.1.5数字电路表态工作点的测试…………………………………133.2电路调整方法…………………………………………………133.3动态测试与调整………………………………………………143.3.1测试电路动态工作电压…………………………………143.3.2测量电路重要波形及其幅度和频率………………………143.4频率特性的测试与调整………………………………………143.5整机性能测试与调整…………………………………………15结论……………………………………………………………………16谢辞……………………………………………………………………17参考文献………………………………………………………………18附录…………………………………………………………………191设计要求和设计方案1．1设计要求1．25秒计时器具有显示25秒的计时功能。2．系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动、暂停/连续功能。3．设置计时器为25秒递减时,其计时间隔为0.1秒。4．当计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，应发出光电报警信号。1．2设计方案分析设计任务，该系统包括脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等5个部分构成。其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成25秒计时功能，而控制电路其有直接控制计数器的启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号间的时序关系。在操作直接清零时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示25字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关拨在闭合位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停/连续开关拨在断开时，计数器继续递减计数。2简易篮球比赛计时基本组成及工作原理2．1电路组成电路由秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助控制电路五部分组成,见图2-1.图2-1计时器方框图2.2工作原理由555定时器输出秒脉冲经过U2和U3入到计数器U4的CPD端,作为减计数脉冲。当计数器计数计到0时,U4的(13)脚输出借位脉冲使个位计数器U5开始计数。当U5计数器计数计到0时,U5的(13)脚输出借位脉冲使十位计数器U6开始计数。当计数器计数到“000”时应使计数器复位并置数“25”。但这时将不会显示“000”,而计数器从“001”直接复位。从11脚输出低电平使计数器置数,并保持为“25”,同时D发光二极管亮,即光电报警。按下K1时,计数器开始计数。若按下K2,计数器立即复位置数,松开K2计数器又开始计数。若需要暂停时,按下K1,使计数器保持不变,断开K1后,计数器继续计数。按下K3为直接清零。2.2.1译码显示电路用发光二极管（LED）组成字型来显示数字。这个数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进数，就必须先把BCD码转换成7段型数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常图2-2译码显示电路用的74LS48。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成，如图2-2所示。数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发亮即可，如辉光放电管、边光显示等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。数字显示方式目前以分段式应用最普遍，如2-3表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示0—15等阿拉伯数字。在实际实用中，10—15并不采用，而是用2位数字显示器进行显示,译码驱动74LS48和7段共阴数码管组成。74LS48译码驱动器具有以下特点:内部上拉输出驱动,有效高电平输出,内部有升压电阻而无需外接电阻。图2-3七段式数字显示器利用不同发光段组合按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类：（1）半导体显示器，亦称发光二极管显示；（2）荧光数码管、场致发光数字板等。（3）液体数字显示器，如液晶显示器等。（4）气体放电显示器，如辉光数码管、等离子显示板等。如前所述，分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。因此，为了使数码管能将数码所代表的显示出来，必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段，见图2-4。例如，对于8421码的0011状态，对应的十进制数为3，则译码驱动器应使a、b、c、d、g各段点亮。即对应于某一组数码，译码器应有确定的几个输出端有信号输出，这是分段式数码管电路的主要特点。图2-474ls48引脚分布图（左）及对应灯状态（右）七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。它有3上辅助控制端LT、RBI、BI/RBO，现简要说明如下表2-1：表2-174ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能灭灯输入BI/RBOBI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI=0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入a—g均为0，所以字形熄灭。试灯输入LT当LT=0时，BI/RBO是输出端，且此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a—g均为1，显示字型8。该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。动态灭零输入RBI当LT=1，RBI=0且输入代码DCBA=0000时，各段输出a—g均为低电平，与BCD码相应的字形0熄灭，故称“灭零”。利用LT=0与RBI=0可以实现某个一位的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。动态灭零输出RBOBI/RBO作为输出使用时，受控于LT=1且RBI=0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0：若LT=0或者LT=1且RBI=1，则RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器间的连接。从功能表还可以看出，对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于1，面对其它输入代码仅要求LT=1，这时候，译码器各段a—g输出的电平是由输入BCD决定的，并且满足显示字形的要求。2.2.2计数电路计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。计数器种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，有同步计数器和异步计数器。根据计数制的不同，分为二进制计数器，十进制计数器和任意进制计数器。根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。还有可预置数和可编程序功能计数器等等。74LS192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。如图为74LS192的引脚图2-5：图2-574LS192的引脚图LD—置数端CPU—加计数端CPD—减计数端CO—非同步进位输出端BO—非同步借位输出端D0、D1、D2、D3—计数器输入端Q0、Q1、Q2、Q3—数据输出端CR—清除端表2-2为74LS192同步十进制逻辑功能表：输入输出CRLDCPUCPDD3D2D1DOQ3Q2Q1Q01XXXXXXX00XXdcba01↑1XXXX011↑XXXX0111XXXX0000dcba加计数减计数保持表2-274LS192逻辑功能表当清除端CR为高电平“1”时，计数器直接清零；CR置低电平则执行其它功能。当CR为低电平，置数端LD也为低电平时，数据直接从置数端D0、D1、D2、D3置入计数器。当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端CPD接高电平，计数脉冲由CPU输入；在计数脉冲上升沿进行8421码十进制加法计数。执行减计数时，加计数端CPU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD输入.此实验我们用到计数器由两片74LS192同步十进制可逆计数器构成。利用减计数CR=0,LD=0,CPD=1,实现计数器按8421码递减进行减计数。利用借位输出端BO与下一级的CPD连接,实现计数器之间的级联。利用预置数LD端实现异步置数。当CR=0,且LD=0时,不管CPU和CPD时钟输入端的状态如何,将使计数器的输出等于并行输入数据,即Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。2.2.3555振荡电路集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压VCC＝+5V～+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3～+18V，555管脚如图2-6：图2-6555管脚分布图(1)构成单稳态触发器图2-7图2-7单稳态触发器的组成（a）及时序图（b）暂稳态的持续时间TW决定于外接元件R、C值的大小。TW＝1.1RC通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化(2)构成多谐振荡器如图2-8图2-8多谐振荡器的组成（a）及时序图（b）555电路要求R1与R2均应大于或等于1KΩ，但R1＋R2应小于或等于3.3MΩ。由NE555构成的多谐振振荡器。接通电源后，电容C2被充电，VC上升，当VC上升到2/3VCC时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时V0为低电平，电容C通过