篮球24秒计时器设计.docx
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1、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 24,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;24 秒倒计; 译码显示电路; 控制电路 ;报警电路AbstractThe circuit has five main modules:
2、 pulse generator, counters, display decoder circuit, control circuit and alarm circuit is mainly used as an oscillator circuit 555 by the 74LS192, 74LS48 and a total of Seven-Segment LED digital tube Yam constitute a time circuit, Direct control circuit has a timer counterto start counting direct co
3、ntrol, pause / row count, the display of display circuit decoding functions. When the control circuit to open the closure of the home several time, digital tube display in figure 24, every time 1 seconds pulse signal input to the counter, the digital tube will automatically reduce the number of 1, d
4、ecreasing to zero when the timer and alarm circuit issued photoelectric alarm signal and the buzz.Key words: counter; 24 seconds counter; decoding display circuit; control circuit; alarm circuit目录第 1 章 设计要求和设计方案11. 1 设计要求11. 2 设计方案1第 2 章 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
5、计数电路52. 2. 3 5 5 5 振荡电路72. 2. 4 时序控制电路92. 2. 5 报警电路1 02. 3 总体电路图1 1第 3 章 调试1 23. 1 静态测试与调整1 23. 1. 1 供电电源表电压测试1 23. 1. 2 测试单元电路静态工作总电流1 23. 1. 3 三极管表态电压、电流测试1 23. 1. 4 集成电流表态工作点的测试1 23. 1. 5 数字电路表态工作点的测试1 33. 2 电路调整方法1 33. 3 动态测试与调整1 43. 3. 1 测试电路动态工作电压1 43. 3. 2 测量电路重要波形及其幅度和频率1 43. 4 频率特性的测试与调整1 4
6、3. 5 整机性能测试与调整1 5结论1 6谢辞1 7参考文献1 8附录1 9第 1 章设计要求和设计方案11 设计要求124 秒计时器具有显示 24 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 24 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。12 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 24 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
7、/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24 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。第 2 章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
8、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“24”。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“24”, 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
9、持不变, 断开K1后, 计数器继续计数。按下K3为直接清零。注:U2为74ls10,U3为74ls04,U4、U5、U6为74ls192.2.2.1 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
10、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 015 等阿拉伯数字。在实际实用中,1
11、015 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
12、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2-4 74ls48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2-1 74ls48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/
13、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ag 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 ag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ag 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
14、 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ag 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
15、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 2-5 74LS192 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:表 2-2 74LS192 逻辑功能表输入输出CRLDCPUC
16、PDD3D2D1DOQ3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba011XXXX加计数011XXXX减计数0111XXXX保持当清除端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
17、 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。2.2.3 555 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,
18、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 2-6 555 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 t
19、w 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)Ttw1tw2, tw10.7(R1R2)C, tw20.7R2C555 电路要求 R1 与 R2 均应大于或等于 1K,但 R1R2 应小于或等于 3.3M。 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 R5 和 T 放电,使Vc 下降,当下降至1/3Vc
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