24秒篮球倒计时数电实验报告

数字电路课程设计实验报告-周灵 法商学院数字电路课程设计课程设计报告专 业: 应用电子技术 班 级: 应电11301 姓 名: 周 灵 姓 名: 李雄威 指导教师： 沈 田 课程设计任务书设计题目：篮球竞赛24秒倒计时器设计任务与要求：设计一个篮球竞赛24秒倒计时电路，该电路能实现如下功能：1）24秒倒计时显示功能；2）设置外部控制开关，控制计数器的重置“24”、启动和暂停功能；3）计数器递减至0（即时间到）时，数码管显示“00”，同时发出光电报警信号。一、电路设计原理经过对电路功能的分析，整个电路主要由控制电路、秒脉冲信号发生器、计数器、译码器和报警电路五个部分组成。示意图如图1所示。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对此信号要求并不是太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非组成的多谐振荡器构成。主体电路：24秒倒计时。24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器开始进行倒计时，逐秒倒计一之到零。选取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲在与门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停止。图1-1 24秒计时器系统设计框图二、单元电路分析（一）控制电路控制电路由74LS00芯片和74LS10芯片组成，实现计数器的复位、计数和保持“24”数字显示，以及报警的功能。如图2-1-1为EWB控制电路仿真图。图2-1-1 EWB控制电路仿真图（1）开关A：启动按钮、复位按钮开关A接地时，计数器保持“24”状态不变，处于等待状态；当开关A闭合时，计数器开始计时，当计数器递减计数到零时，控制电路产生报警信号；当开关A再次接地时，计数器立即复位到预置数值，即“24”。（2）开关B：归零按钮当开关B接高电平时，不管计数器显示任何数值，计数器立即归零，即“00”。（3）开关C：暂停按钮当暂停/连续开关（开关C）暂停时，计数器暂停计数，显示器保持不变；当暂停/连续开关（开关C）处于连续时，计数器继续倒计时计数。（二）秒脉冲发生器为了给计数器74LS192提供一个时序脉冲信号,使其进行减计数,本设计采用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如图2-2-2。其中555管脚图如图2-2-1示.由555工作特性和其输出周期计算公式可知,其产生的脉冲周期为: T=0.7(R1+2R2)C 。 因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取15k欧姆,R2取68k欧姆,电容取C为10uF、C1为0.1uF,.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为1秒. 图2-2-1 555管脚图 图2-2-2 555多谐振荡电路图（三）计数器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。结合我们所学习的各芯片特点，只有74LS19系列芯片属于可减计数器，而74LS191和74LS193是十六进制，实验室没有74LS190芯片，所以只能选取74LS192芯片进行实验。74LS192是十进制可编程同步加锁计数器，它采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、加锁计数功能。如图2-3-1为74LS192引脚图。如图2-3-2为74LS为同步十进制逻辑功能表。图2-3-1 74LS192引脚图输入输出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加法计数减法计数保 持图2-3-2 74LS为同步十进制逻辑功能表当=1，CR=0时，若时钟脉冲加到端，且=1，则计数器在预置数的基础上完成加计数功能；当加计数到9时，端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加到端，且 =1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时， 端发出借位下跳变脉冲。由74LS192构成的二十四进制递减计数器如下图2-3-3所示图2-3-3 74LS192构成的二十四进制递减计数器其预置数为N=（00100100）2= (24)10。它的计数原理是 : 只有当低位 端发出借位脉冲时 , 高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零 , 且 为 0 时 , 置数端 =0, 计数器完成并行置数 , 在 端的输入时钟脉冲作用下 , 计数器再次进入下一循环减计数。（四）译码显示电路此模块主要是由74LS48译码器和共阴极七段LED显示器组成，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段LED显示器从24递减到零的计数显示功能。1.74LS48是七段显示译码器，其管脚图如图2-4-1所示。现将各管脚功能介绍一下： A、B、C、D是BCD码的输入端；a,b,c,d,e,f,g是输出端； 试灯输入端：低电平有效。当0时，数码管的七段应全亮，与输入的译码信号无关。本输入端用于测试数码管的好坏； 图2-4-1 74LS48引脚图动态灭零输入端：低电平有效。当1、0、且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭；当译码输入不全为0时，该位正常显示。本输入端用于消隐无效的0。灭灯输入/动态灭零输出端：这是一个特殊的端钮，有时用作输入，有时用作输出。当作为输入使用，且0时，数码管七段全灭，与译码输入无关。当RBOBI/作为输出使用时，受控于和：当1且0时，0；其它情况下1。本端钮主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。2.共阴极七段LED显示器，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，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，如图2-4-2所示。图2-4-2 74ls48引脚分布（左）及对应灯状态（右） （五）报警电路当芯片74LS192借位端输出为低电平时，发光二极管工作，发出报警。如图2-5-1所示:图2-5-1 报警电路三、电路图图3-1 EWB仿真电路图图3-2 总电路-置数图3-3 总电路-暂停图3-4 总电路-报警四、测试分析（一）安装调试（1）按照面包板的规格，设定好各集成芯片的排放位置，测试各芯片是否与面包板接触良好。（2）用集成7段译码驱动器74LS48和LED7段显示器构成译码显示电路；（3）用异步可逆双时钟BCD计数器74LS192及相关门电路实现倒计时电路；（4）每安装完成一级电路，都进行检测，保证每级电路的正常工作；（5）整体综合连接，测试整体性能。（二）故障分析（1）故障：7段数码管不能置数24解决：经反复检查，确保电路无误，然后猜测是否为92芯片发生故障，换下92芯片后依旧不能计数，后结合课本跟EWB上的电路，发现原来是EWB上的92芯片跟课本上93芯片的12脚CO与13脚BO端引脚位置相反，后按照EWB上的引脚重新改正引脚连接后显示正常了（2）故障：完成秒脉冲发生器电路后，不能产生脉冲信号。 解决：仔细检查电路，用万用表逐一排查引脚，最后发现是555芯片构成的振荡电路中1引脚跟2引脚中接的电容有问题，重新换了新电容后依旧故障，后来又仔细检查后才发现是电容正反接错了，换过了后电路正常了。（3）故障：搭建完全部电路后，按下拨动开关，显示电路显示数值不发生改变。 解决：在对控制电路所有的电路连接方式，元器件的单独检查，跟完成品的联合检测，最终发现故障为控制电路所处74LS10芯片构成的与非门没有正常连接进电路，把10芯片拔出来才发现原来10芯片的第7脚被折弯，没有插进电路板，导致10芯片没有接地从而导致电路故障，换了芯片后故障排除。（4）故障：七段数码管的读数变化无规律 解决：再次反复检查电路，用万用表逐步排除，后来发现两个92芯片被我强行置了24，即一芯片Q1脚和另一芯片的Q2脚被接Vcc，更改后依旧故障，后来又把48芯片的3、4脚接入Vcc后读书终于正常了。五、总结周灵在实际连线过程中，故障是不可避免的。其中接线错误就是最常见的错误。另外一个让人头疼的原因是实验板与芯片接触不良或者电路板老化内部电路故障，形成难以观察的故障，难以准确找出故障点。最后，还有一个细节也不能忽视，就是实物图和电脑仿真上的芯片接法并不完全一样，电脑仿真上的芯片许多管脚已经默认接地或接电源了，这些我们在实物图上就必须实际地接上，否则就会得到错误的结果。通过这次单片机实习，我不仅加深了对理论知识的理解，并且将理论很好地应用到实际当中。在实验过程中我懂得了为了达到设计目的，必须将具体目的具体化。更是应该将具体问题细分化，即模块化。通过小模块的功能实现，有序的组合起来，从而实现设计目的。这次实验对于我们应电专业专科学生来说确实很有必要，很好的锻炼了我们的实际动手能力，或许，丰富的实际动手经验跟动手能力是我们跟那些本科生相比稍微看得过去的一点优势吧。李雄威通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。在此，感谢沈老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！参考文献1李中发 数字电子技术基础 中国水利水电出版社，2007