篮球竞赛25秒倒计时电路的设计.doc
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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1 1.1 设计要求 1 1.2 设计方案 12 简易篮球比赛计时器
2、基本组成及工作原理2 2.1 电路组成 2 2.2 工作原理 2 2.2.1 译码显示电路 2 2.2.2 计数电路 5 2.2.3 555振荡电路 7 2.2.4 时序控制电路 9 2.2.5报警电路 10 2.3 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
3、14 3.4频率特性的测试与调整14 3.5 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11设计要求125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。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
4、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21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
5、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
6、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
7、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,1015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
8、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
9、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/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
10、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
11、,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,
12、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:输入输出CR LD CPU CPD D3 D2 D1 DOQ3 Q2 Q1 Q01 X X X X X X X0 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加计数减计数保持表2-2 74L
13、S192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
14、 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,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
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