籃球24秒課程設(shè)計(jì)

1、 武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3電路框圖及工作原理3.1電路框圖24秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如下圖所示。它包括時(shí)信號(hào)發(fā)生、計(jì)數(shù)、顯示、聲光報(bào)警、暫停和置數(shù)復(fù)位等六個(gè)模塊組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。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)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù);譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時(shí)時(shí)間到啟動(dòng)報(bào)警等功能。信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)要求是1HZ的方波脈沖，但是設(shè)計(jì)對(duì)此信號(hào)要求并不太高，故電路可采用含555集成定時(shí)電路組成的多諧振蕩器構(gòu)成。譯碼顯示電路由74LS48(譯碼器)和共陰極七段LED顯示器組成。報(bào)警電路可用發(fā)光二極管與蜂鳴器組成，進(jìn)行聲光

2、報(bào)警。譯碼顯示部分（高位）聲光報(bào)警電路譯碼顯示部分（低位）計(jì)數(shù)器（高位）計(jì)數(shù)器（低位）回饋時(shí)鐘脈沖發(fā)生器開(kāi)關(guān)控制電路圖3-1 24秒計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3.2設(shè)計(jì)方案該籃球競(jìng)賽倒計(jì)時(shí)電路的最重要的部分是24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用 74LS192進(jìn)行24進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)。同時(shí)選擇74LS48作為BCD碼譯碼器來(lái)對(duì)7段數(shù)碼顯示管進(jìn)行譯碼驅(qū)動(dòng)，選擇兩個(gè)七段數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本課程設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器制成的多諧振蕩器，對(duì)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行秒脈沖的輸入。在本設(shè)計(jì)中，因?yàn)槲覀冃枰獙?duì)其進(jìn)行暫停、清零、報(bào)警等控制，所以我們使用了三個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制計(jì)數(shù)器的各功能的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的電路如圖2-2所示，不再贅述。4單

3、元電路設(shè)計(jì)與說(shuō)明4.1時(shí)鐘脈沖發(fā)生器秒脈沖產(chǎn)生電路，由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C等構(gòu)成多諧振蕩器。下圖：其中R1相當(dāng)一個(gè)定時(shí)電阻決定C的放電的持續(xù)時(shí)間，起始時(shí)，電容C上電壓VC因放電而下降，當(dāng)其值低于下閾值1/3VCC時(shí)定時(shí)器被觸發(fā)端觸，輸轉(zhuǎn)換為高電平，釋放電晶體管截止。電容C開(kāi)始充電，以（RR2）C的常數(shù)趨向VCC。當(dāng)電容上電壓VC上升到上閾值2/3VCC時(shí)，輸出又轉(zhuǎn)換為低電平，并使放電晶體管導(dǎo)電。電容C又重新通過(guò)R1和放電晶體管放電，近似以R2C的時(shí)常數(shù)趨向于零。當(dāng)電容C上電壓下降到1/3VCC時(shí)，開(kāi)始新的循環(huán)。如此反復(fù)，定時(shí)器連續(xù)震蕩，在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖在電容C上形成近似鋸齒

4、波的波形。根據(jù)上述分析，利用電路暫態(tài)分析的三要素法，得電容C充電的電壓表為式中， QUOTE t=tpH時(shí)VC =VCC ，充電結(jié)束。即：從上式中可求得 同理可求得C放電的電壓表示為 t=tpL時(shí)，VC=1/3VCC，放電結(jié)束，從式（2.5）可得振蕩周期為 QUOTE 振蕩頻率為 QUOTE 此555定時(shí)器頻率為1HZ，故令C1=10nF，R1=28k，R2 =58 k，輸出脈沖頻率約為1HZ。圖4-1 時(shí)鐘脈沖信號(hào)發(fā)生器的邏輯電路4.2 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)器由兩片74LS192同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成。74LS192功能簡(jiǎn)介如下：具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如圖2.2.2所示

5、。其中PL為置數(shù)端，CPu為加計(jì)數(shù)端，CPd為減計(jì)數(shù)端，TCu為非同步進(jìn)位輸出端，TCd為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，MR為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。 圖4-2 74LS192的引腳圖及邏輯符號(hào)仿真軟件Multisim10中74LS192的圖形如圖2.2.3所示。其中A、B、C、D為置數(shù)輸入端，LOAD為置數(shù)控制端，CLR為清零端，UP為加計(jì)數(shù)端，DOWN為減計(jì)數(shù)端，QA、QB、QC、QD為數(shù)據(jù)輸出端，CO為非同步進(jìn)位輸出端，BO為非同步借位輸出端。圖4-3 仿真軟件中的74LS192引腳圖74LS192的功能表如表4-1所示：表4-1 74LS1

6、92的功能表輸入輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù)本例為利用減計(jì)數(shù)器端輸入秒脈沖信號(hào)，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，也就是倒計(jì)時(shí)。這時(shí)計(jì)數(shù)器按8421碼遞減進(jìn)行減計(jì)數(shù)。利用借位輸出端BO（TCD）與下一級(jí)74LS192的DOWN（DN）端連接，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器之間的級(jí)聯(lián)。利用置數(shù)控制端LOAD實(shí)現(xiàn)異步置數(shù)。當(dāng)CLR(MR)=0，且LOAD（/PL）為低電平時(shí)，不管UP和DOWN時(shí)鐘輸入端的狀態(tài)如何，將使計(jì)數(shù)器的輸出等于并行輸入數(shù)據(jù)，即Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。24循環(huán)的設(shè)置為，個(gè)位片的Q3Q2Q1Q0為10010000遞減循環(huán)，每循環(huán)一次，十位片

7、的TCD端產(chǎn)生短脈沖，供給十位片的DN時(shí)鐘，由開(kāi)始置數(shù)的“2”遞減，當(dāng)各位片循環(huán)兩次后，個(gè)位為“0”，十位片再遞減到“0”時(shí)，兩者會(huì)同時(shí)變?yōu)椤?”，此時(shí)，由于是異步清零，為了達(dá)到效果，將兩片的最高位Q3“與”（同為“1”時(shí)為“1”），并與復(fù)位開(kāi)關(guān)“或”起來(lái)，接入KEY_CR。4.3 譯碼顯示電路譯碼及顯示電路分兩種， 一種電路是74LS192接譯碼驅(qū)動(dòng)器74LS48和7段共陰數(shù)碼管組成。74LS48芯片具有以下功能：七段譯碼功能、消隱功能、燈測(cè)試功能、動(dòng)態(tài)滅零功能，此電路中我們用到的是七段譯碼功能。作為譯碼器，74LS48具有以下特點(diǎn)：74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，輸出高電平有效，

8、專用于驅(qū)動(dòng)LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。內(nèi)部上拉輸出驅(qū)動(dòng)，有效高電平輸出，內(nèi)部有升壓電阻而無(wú)需外接電阻。七段數(shù)碼管分共陰、共陽(yáng)兩種，其內(nèi)部由發(fā)光二極管構(gòu)成，內(nèi)部有七個(gè)發(fā)光段，即a.b.c.d.e.f.g.在發(fā)光二極管兩端加上適當(dāng)?shù)碾妷簳r(shí)，就會(huì)發(fā)光。我們此處利用74LS48顯示譯碼器作為譯碼器，七段共陰極數(shù)碼管顯示。譯碼及顯示電路如下圖所示： 圖4-5 聲光報(bào)警電路圖4.6 元器件選擇元器件清單如表4-2所示：表4-2 元器件清單序號(hào)元件名稱個(gè)數(shù)1七段數(shù)碼顯示器2274LS081374LS321474LS1321574LS1922673LS4827555定時(shí)器18180排阻2931M電阻11061

9、M電阻11110k電阻1121nF電容11310nF電容214蜂鳴器115單刀雙擲開(kāi)關(guān)116發(fā)光二級(jí)管117按鍵25電路調(diào)試5.1 電路調(diào)試階段 計(jì)時(shí)預(yù)備階段：數(shù)碼管顯示數(shù)值“24”；計(jì)時(shí)階段：數(shù)碼管開(kāi)始倒計(jì)時(shí)；聲光報(bào)警階段：當(dāng)數(shù)碼管計(jì)數(shù)到“00”時(shí)，蜂鳴器響和LED燈閃亮。5.2調(diào)試方法（1）分塊調(diào)試法分塊調(diào)試是把總體電路按功能分成幾個(gè)模塊，對(duì)每個(gè)模塊分別進(jìn)行調(diào)試。模塊調(diào)試的順序最好按信號(hào)的流向，一塊一塊進(jìn)行，逐步擴(kuò)大調(diào)試范圍，最后完成總調(diào)。實(shí)施分塊調(diào)試有兩種方法一種邊安裝邊調(diào)試；另一種是總體電路一次組裝完畢后再分塊調(diào)試。分塊調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)栴}出現(xiàn)范圍小，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，易于解決。（2）整體調(diào)試此

10、種方法是把整個(gè)電路組裝完畢后，不進(jìn)行分塊調(diào)試，實(shí)行一次性總調(diào)。5.3調(diào)試步驟（1）檢查電路對(duì)照電路圖認(rèn)真檢查電路，首先查看電源是否接錯(cuò)或與地短接，然后檢查各芯片是否安裝牢固，最后對(duì)照電路圖認(rèn)真查看各芯片的管腳是否接錯(cuò)、漏接或出現(xiàn)多接線的現(xiàn)象。（2）接通電源觀察在檢查電路無(wú)誤后，接通電源，如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象立即關(guān)閉電源，觀察各個(gè)單元電路是否能夠正常工作，找出出錯(cuò)的單元電路，如果有錯(cuò)，則用萬(wàn)用表對(duì)各個(gè)電路逐個(gè)檢查，直至查出錯(cuò)誤，并加以改正。（3）對(duì)各個(gè)功能電路的檢測(cè)閉合工作開(kāi)關(guān)，觀察顯示結(jié)果是否正確，如果存在問(wèn)題繼續(xù)調(diào)試。調(diào)試結(jié)束后觀察調(diào)試后的結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。5.4調(diào)試結(jié)果 該籃球競(jìng)賽24秒計(jì)

11、時(shí)電路正常工作，將復(fù)位開(kāi)關(guān)至低，置數(shù)后將置數(shù)開(kāi)關(guān)置高，再將暫停開(kāi)關(guān)SW1置高電平，電路開(kāi)始正常減計(jì)數(shù)。當(dāng)SW1置地時(shí)，計(jì)數(shù)暫停；當(dāng)SW1再重新至高時(shí)，進(jìn)行連續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器減至00時(shí)，報(bào)警電路工作，同時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。結(jié)束語(yǔ)在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。剛開(kāi)始分到設(shè)計(jì)題目時(shí)，覺(jué)得思路還蠻清晰，覺(jué)得應(yīng)該蠻容易，可是設(shè)計(jì)好電路草圖后，用Multisim仿真時(shí)就出了問(wèn)題，先是數(shù)碼管始終不亮，后來(lái)上網(wǎng)查資料后知道，數(shù)碼管和譯碼器之間的每個(gè)引腳都要加電阻，仿真軟件才能識(shí)別。最終排除各種問(wèn)題，仿真成功，雖然計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)的不完善，有輕微躍變。然后便是實(shí)物連接了，連接的過(guò)程中也存在著各種各樣的困難，比如，面包板接觸不良，導(dǎo)線太多、太亂，插錯(cuò)孔，芯片沒(méi)插緊等。對(duì)于該實(shí)驗(yàn)還有可以有改進(jìn)的地方，主要就是信號(hào)發(fā)生器的改進(jìn)，為了得到更加穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖，我們可以用石英晶體振蕩器，它具有高精度和高穩(wěn)定性。 在設(shè)計(jì)中