篮球定时30秒电路设计和模拟信号运算电路的设计(3)

武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书

的值，方便测多组数据进行验证。

uo

R2

+12V

R0

R1

RF

+12V

-12V LF353

图9 反相加法器布线图

⑴减法器

实验中使用LF353构成减法器。减法器电路的原理图如下：

u2

u1

uo1

uo

图10 减法器原理图

11

武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书

u1和u2是输入信号。R1=R2=R3=R4=RF=1KΩ。由虚断条件，可列出u1R1uo1R3?u2R2??uo,u2RFR2?uo1。由于各电阻阻值相等，可得输出uR3o??uo1，R3?u1?u2。

实验中使用的LF353M是集成运算放大器。滑动变阻器R0的作用是改变输入电压u1和u2的值，方便测多组数据进行验证。

R2

R4 R3

+12V

+12V

R0

R1

uo RF

-12V

LF353

图11 减法器布线图

3.2 数字电路方案

由于只有两块74LS192、发光二极管、电阻和导线，实现方案中的定时器功能较少。S1为启动开关。发光二极管的功能是在计时到30秒时给出光报警信号。

外部 控制电路 操作 计数器 报警电路

脉冲发生器

图12 数电实现方案原理框图

12

武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书

图13 30秒篮球计时器布线图

原理：该电路由两块74LS192构成30进制计数器。高位的计数器的D0、D1接高电平，D2、D3接低电平，则高位置数时是3；低位的D0~D4全部接低电平，则低位置数时是0。同时低位的借位输出端TCD接高位的递减计数脉冲输入端DN。两个计数器的清零端MR都接地，置数端PL由S1控制。这样两块74LS192就构成了一个30进制计数器。低位计数器在递减计数脉冲输入端输入的秒脉冲下每秒减一，减到0后一秒借位输出端向高位计数器发出借位信号，高位计数器减一。当高低位计数器都为0时，下一秒高位计数器的借位输出端发出低电平。由于发光二极管正极直接接的高电平，负极接高位计数器的借位输出端，此时发光二极管发出光报警信号，说明30秒计时已到。随后在秒脉冲作用下，高位的计数器的借位输出端的输出又变为高电平，发光二极管熄灭，整个计数器将从99开始倒计时。开关S1接低电平时进行置数，接高电平时开始计时。

因此，从根本上说实现方案中完成的定时器并不具备实用价值。不仅不能显示倒计时的时间，也不能在倒计时到0的时候自动停止。任务书中要求的定时时间可调的功能也没有。同样也没有暂停/继续功能。这是受实验器材限制所导致的。但该方案确实体现了定时器的核心，有其理论意义。

13

武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书

图14 74LS192引脚图

输入 —输出 MR 1 0 0 0 PL X 0 1 1 CPU X X ↑ 1 CPD X X 1 ↑ D3 X d X X D2 X c X X D1 X b X X D0 X a X X Q3 Q2 Q1 Q 0 d 0 c 0 b 0 a 加计数 减计数 表1 74LS192功能表

4 调试过程及结论

电路设计、组装完成后必须经过调试，测试其性能是否满足要求。

本次模拟电路的调试中，我们在调试前，先检查线路连接是否正确。结果发现电阻的连接出现了错误，原因是不习惯面包板的布线，把电阻直接插在了面包板的一根金属条上。修改完电路后，进行反相加法器的测试。但是发现实验室给的电源与需要的电源不同，该电源没有提供“-12V”和“地”。经过讨论，我们发现可以通过直接测R1，R2两端的电压 u1、u2，再测RF两端的电压uo，如果uo??(u1?u2)，那就说明反相加法器工作正常。

测试结果也证明了我们设计组装的反相加法器没有问题。

但是在测试减法器的过程中出现了较多的问题。在组装完减法器电路后，我们进行了

14

武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书

测试，由于当时仍然没有合适的电源，测试方法与测试加法器的时候类似。只需分别测试 R1，R2两端的电压u1、u2，再测RF两端的电压uo，如果uo?u1?u2，则说明减法

器工作正常。测试表明uo与 u1-u2不相等。经多次检查，没有发现线路连接错误。于是我们拆掉所有连线，重新接线。之后的测试依然没有得到正确结果。考虑到连线时使用了较多导线，容易出现接触不良或错误，我们改成了尽可能少用导线，而直接使用电阻连接的法。随后可以提供+12V、地、-12V的电源也到了，改用新电源后，仍然有错误。检查发现有一个端口的输入一直为负值，而理论上应该为正值。对此进行检查后发现了一处连线错误。修改后进行测试，结果正常。

数字电路主要有两种调试方法： （1）分块调试法

分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，分别对每个模块进行调试。模块调试的顺序最好按信号的流向，一块一块进行，逐步扩大调试范围，最后完成总调。实施分块调试有两种方法一种边安装边调试；另一种是总体电路一次组装完毕后再分块调试。分块调试的优点：问题出现范围小，可及时发现，易于解决。 （2）整体调试

这种方法就是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，直接进行总调。

我们在进行数电电路的调试时，以上两种方法都有使用到。在确认了实验室的器材后，我们先对布线进行了一些修改，然后直接进行整体调试。但是发现发光二极管一直没有发光。随后我们使用万用表和发光二极管分别对脉冲发生器进行了测试，结果说明脉冲发生器能够正常工作。随后再次进行线路检查，没有发现错误。

于是改用使用分块调试法，对计数器的高低位分别测试。测试方法是：先置数，然后用万用表测试芯片的各个管脚的电压值是否与理论相同，然后更改接线，直接把秒脉冲输入接到高位计数器，用万用表测试各管脚电压值的变化情况，发现各输出管脚电压变化正常，且发光二极管能够发出光报警信号；随后还原接线，置数后把秒脉冲接到低位计数器，用万用表测量低位计数器各管脚的电压值变化情况，结果发现低位计数器部分输出管脚电位一直没有变化，且借位输出端一直为高电平。这是导致高位计数器没有变化，且发光二极管一直不发光的主要原因。但是经过检查，仍未发现是什么导致了低位计数器的故障。于是，我们怀疑是芯片本身有问题。更换芯片后重新测试，很快成功了。说明确实是芯片的故障导致了一开始实验的失败。

15

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库篮球定时30秒电路设计和模拟信号运算电路的设计(3)在线全文阅读。