24秒篮球倒计时数电实验报告

1、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 数字电路课程设计实验报告 周灵 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

2、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，

3、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。 数字电路课程设计实验报告 周灵 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

4、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 数字电路课程设计实验报告 周灵

5、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

6、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 DO Q 3 Q2 Q1 Q0 1XXXX XXX 00XXd cba 0 1 1 X XXX 0 1 1 X

7、 X X X 0 1 1 1 X X X X 0 0 0 d 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 数字电路课程设计实验报告 周灵 当 LD =1， CR=0时，若时钟脉冲加到 CPU端，且 CPD =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， CO端发出进位下跳变脉冲；若 时钟脉冲加到 CPD端，且 CPU =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， BO 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 数字电路课程设计实验报告 周灵 图 2-

8、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 BO1 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 CPD 为 0 时 , 置数端 LD2 =0, 计数器完成并行置数 , 在 CPD 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

9、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 LT ：低电平有效。当 LT 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 数字电路课程设计实验报告 周灵 图 2-4-1 74LS48 引脚图 用于测试数码管的好坏； 动态灭零输入端 RBI ：低电平有效。当 LT 1、 RBI 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 RBO ：这是一个特殊的端钮，有时用作输入，

10、有时用作输出。当 RBO作为输入使用，且 RBO0 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 LT 和RBI ：当LT 1且RBI 0 时， RBO 0；其它情况下 RBO 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） 数字电路课程设计实验报告 周灵

11、 （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 数字电路课程设计实验报告 周灵 图 3-2 总电路- 置数 图 3-3 总电路- 暂停 数字电路课程设计实验报告 周灵 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

12、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 数字电路课程设计实验报告 周灵 （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

13、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

14、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。

15、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 数字电路课程设计实验报告 周灵 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