Разработка баскетбольного таймера

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ» в г. СМОЛЕНСКЕ

Кафедра Вычислительной техники

Курсовая работа по курсу Схемотехника ЭВМ

Разработка баскетбольного таймера

Смоленск, 2014г.

Содержание

1. Введение

2. Структурная схема

3. Схема электрическая принципиальная

4. Описание работы схемы таймера

5. Спецификация

6. Список литературы

Введение

Электронные таймеры предназначены для установки интервалов времени, сигнализации и окончания отсчета, управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. В данной курсовой работе был проведен анализ схемотехнических решений электронных таймеров, разработана структурная и принципиальная схемы цифрового баскетбольного таймера.

Баскетбольный таймер должен работать в интервале 10 минут иметь возможность установки времени, остановки и продолжения отсчета, а так же сброса значения таймера. После окончания отсчета должен звучать сигнал символизирующий конец матча.

Пояснительная записка включает введение, четыре тематических главы и список литературы. В каждой из глав рассмотрен отдельный этап разработки.

В главе «Структурная схема» - разрабатывается структурная схема баскетбольного таймера с диапазоном 10 минут.

В главе «Схема электрическая принципиальная» - был составлен вариант реализации структурной схемы на интегральных микросхемах.

В главе «Описание работы схемы таймера» - на основе разработанной принципиальной схемы был описан принцип работы таймера.

В главе «Спецификация» - приводится перечень используемых элементов.

В заключении приводится список литературы.

электронная схема интегральная микросхема таймер

Структурная схема

Структурная схема баскетбольного таймера приведена на рисунке 1.

Рисунок 1.

На схеме введены следующие обозначения:

ТГ - тактовый генератор.

СУТ - схема управления таймером.

СИ - счетчик импульсов.

ДШ - дешифратор.

ИНД - семисегментный индикатор.

МП - мультиплексор.

СУ - сигнальное устройство.

На рисунке 1 изображена структурная схема баскетбольного таймера. Тактовый генератор вырабатывает импульсы периодом 1Гц. Эти импульсы через схему управления таймером поступают на счетчик импульсов, где преобразуются в двоично-десятичный код. После чего этот код поступает на дешифратор и преобразуется в код для семисегментного индикатора. Семисегментный индикатор выводит значение.

Мультиплексор отслеживает состояние выхода счетчика импульсов. Как только выход обнулится, мультиплексор передает разрешающий импульс сигнальному устройству о подаче звукового сигнала.

Схема управления таймером представляет собой схему позволяющую устанавливать значение, запускать и останавливать таймер.

Схема электрическая принципиальная

Описание работы схемы таймера

Генератор выполнен на микросхеме К176ИЕ18. Микросхема К176ИЕ18 представляет собой специализированный двоичный счётчик с генератором и мультиплексором. Микросхема К176ИЕ18 была разработана специально для работы в схемах электронных часов, но находит применение и в других устройствах. В состав микросхемы К176ИЕ18 входит генератор (выводы 12 и 13), рассчитанный на работу с внешним кварцевым резонатором Z1 частотой 32768 Гц, и два делителя частоты с коэффициентами деления 2¹⁵=32768 и 60. Сопротивление резистора R1 может находиться в пределах 10-33 МОм. Конденсатор C1, С3 служит для точной подстройки частоты. Сигнал с частотой 1 Гц (1 сек.) с вывода 4 микросхемы можно использовать для подсчета интервалов времени.

К176ИЕ18 имеет специальный формирователь звукового сигнала. При подаче на вход HS импульса положительной полярности на выводе 7 К176ИЕ18 появляются пачки отрицательных импульсов с частотой 2048 Гц. Выход звукового сигнала (вывод 7) выполнен с "открытым" стоком и позволяет подключать излучатели сопротивлением более 50 Ом без эмиттерных повторителей.

С вывода 4 микросхемы К176ИЕ18 сигнал с частотой 1Гц поступает на вход С (вывод 15) счетчика импульсов.

Счетчик импульсов выполнен на микросхеме К561ИЕ14. Микросхема К561ИЕ14 представляет собой четырёхразрядный двоичный/десятичный реверсивный счётчик с возможностью загрузки.

Счётчик К561ИЕ14 удобно применять для подсчета приращения данных, причем несколько микросхем К561ИЕ14 можно объединить в многокаскадные синхронные либо асинхронные счетчики. Счетчик имеет четыре выхода Q0-Q3, входы предварительной записи данных (установки) D0-D3, а также вход E разрешения этой операции. Вход и выход переноса Pi и Po имеют активные напряжения низкого уровня.

Запускающий тактовый перепад на входе С для счетчика К561ИЕ14 - положительный. Для переключения направления счета (на увеличение или на уменьшение) служит вход ±1. При высоком уровне на этом входе производится сложение тактовых импульсов на входе C с содержимым регистров счётчика, при низком уровне - вычитание.

Вход 2/10 определяет формат счёта. При высоком уровне сигнала на этом входе осуществляется счёт по модулю 16, а при низком уровне сигнала - счёт по модулю 10 (декадный).

Синхронное каскадирование счетчиков К561ИЕ14 получится, если соединить параллельно тактовые входы и подать сигнал от выхода переноса Po первого счетчика на вход переноса Pi последующего (более старшего). Для асинхронного каскадирования требуется соединить Po с тактовым входом С последующей микросхемы. Вход Pi первого (или единственного) счётчика соединяют с общим проводом.

Таблица функционирования микросхемы К561ИЕ14

Вход переноса	Направление счёта	Разрешение установки	Двоичный/ Десятичный	Операция
Pi	±1	E	2/10
1	х	0	х	нет счёта
0	1	0	0	сложение (десятичный счёт)
0	0	0	0	вычитание (десятичный счёт)
0	0	0	1	сложение (двоичный счёт)
0	0	0	1	вычитание (двоичный счёт)
х	х	1	х	установка(загрузка)

0 - низкий уровень, 1- высокий уровень, X - произвольное состояние.

Счетчики К561ИЕ14 объединены между собой асинхронно это значит что сигнал переноса с выхода Р₀ идет на вход С следующего счетчика, где формируется сигнал счета периодом 10 секунд. Это значит что DD3 считает десятки секунд, т.к. десятки секунд считаются до 6, то в момент формирования на выходе Р₀ сигнала переноса на вход Е поступает сигнал разрешающий установку данных с входов D0-D3. Таким образом счетчик DD3 считает до 6. Одновременно с выхода Р₀ микросхемы DD3 на вход С микросхемы DD4 поступает сигнал счета периодом в 1 минуту это значит что DD4 считает минуты.

Диаграмма работы микросхемы К561ИЕ14 в двоичном режиме



С выводов Q0-Q3 микросхемы К561ИЕ14 сигнал поступает на дешифратор. Дешифратор выполнен на микросхеме CD4511BCN - это регистр хранения с дешифратором двоичного кода в 7-сегментый. Имеет мощный выход (до 25мА) и предназначен для управления индикаторами различных типов.

Двоичный код подается на входы Х0-Х3 микросхемы CD4511. Загрузка данных в регистр происходит при низком уровне на стробирующем входе LE, при высоком уровне на этом входе в регистре (и на подключенном индикаторе) сохраняется предыдущее состояние. Микросхема снабжена входом гашения BL и входом теста индикатора (зажигания всех сегментов).

Таблица работы микросхемы CD4511BCN (таблица истинности):

ВХОДЫ	ВЫХОДЫ	Символ
LE	BL	LT	X0	X1	X2	X3	a	b	c	d	e	f	g	индикатора
X	X	0	X	X	X	X	1	1	1	1	1	1	1	8
X	0	1	X	X	X	X	0	0	0	0	0	0	0	погашен
0	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	0	0
0	1	1	0	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0	1
0	1	1	0	0	1	0	1	1	0	1	1	0	1	2
0	1	1	0	0	1	1	1	1	1	1	0	0	1	3
0	1	1	0	1	0	0	0	1	1	0	0	1	1	4
0	1	1	0	1	0	1	1	0	1	1	0	1	1	5
0	1	1	0	1	1	0	1	0	1	1	1	1	1	6
0	1	1	0	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	7
0	1	1	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	8
0	1	1	1	0	0	1	1	1	1	0	0	1	1	9
0	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	погашен
0	1	1	1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	погашен
0	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	погашен
0	1	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	погашен
0	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	погашен
0	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	погашен
1	1	1	X	X	X	X	предыдущее состояние	хранение

0 - низкий уровень, 1- высокий уровень, X - произвольное состояние.

Схема подключения 7-сегментного светодиодного индикатора с общим катодом к микросхеме CD4511BCN представлена на рисунке 1.

Рисунок 1.

Где

V_OH =9В,

V_DF =3,6В,

I_SEG =20 мА

С выходов микросхемы CD4511BCN сигнал поступает на 7-сегментный индикатор АЛС321А.

На рисунке 2 изображена принципиальная схема индикатора АЛС321А с общим катодом.

Рисунок 2.

Электрические и световые параметры индикатора АЛС321А.

Цвет свечения	Желто-зеленый
Сила света при постоянном токе 20 мА через элемент, не менее:
элемента	0,12 мкд
децимальной точки	0,02 мкд
Относительная неравномерность силы света между элементами, не более	3
Постоянное прямое напряжение при Iпр = 20 мА, не более:
T = +25 и +70 °C	3,6 В
T = -60 °C	4 В

Состояния выходов Q0-Q3 счетчиков DD2 - DD4 отслеживает мультиплексор собранный на микросхемах К561ЛЕ6 и К561ЛН2.

Микросхема К561ЛЕ6 - содержит 2 логических элемента "4ИЛИ-НЕ".

Рисунок 3. Расположение выводов К561ЛЕ6:

Микросхема К561ЛН2 содержит 6 буферных (усиленных) инверторов стандартной КМОП логики.

Рисунок 4. Расположение выводов микросхемы К561ЛН2:

Выходы Q0-Q3 всех счетчиков поступают на 3 логических элемента "4ИЛИ-НЕ" выходные сигналы поступают на 3 инвертора и с выхода инвертора поступают на логический элемент "4ИЛИ-НЕ" с выхода которого сигнал идет на вход HS микросхемы К176ИЕ18.

Когда на выходах счетчиков DD2-DD4 формируются все логические нули на выходах трех "4ИЛИ-НЕ" формируется три логических 1. Они инвертируется в логические 0 микросхемой К561ЛН2 и поступают на вход "4ИЛИ-НЕ" на выходе которой формируется сигнал положительной полярности поступающий на вход HS. С выхода HS на динамик поступают пачки отрицательных импульсов с частотой 2048Гц. Таким образом при обнулении таймера звучит звуковой сигнал.

Кнопочные переключатели S2-S3 служат для установки времени, нажатием на S3 показания счетчика DD4 (минуты) будут меняться с частотой 1Гц, нажатием на S2 так же быстро будут меняться показания счетчика DD3 (десятки секунд). Таким образом, этими кнопками можно настроить требуемый интервал времени.

Кнопочный выключатель S1 служит для запуска и остановки таймера.

Для сброса таймера можно использовать кнопочный выключатель S4, также этот выключатель служит для выключения питания таймера.

Для питания таймера используется сетевой адаптер или другой источник питания 9В.

Диод VD1 служит для защиты микросхем от неправильного подсоединения источника питания.

Спецификация

Позиционное обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
	Микросхемы
DD1	К176ИЕ18	1
DD2-DD4	К561ИЕ14	3
DD5-DD7	CD4511BCN	3
DD11-DD12	К561ЛЕ6	2
DD13	К561ЛН2	1
	Индикаторы
H1-H3	АЛС321А	3
	Диоды
VD1	Д226	1
	Резисторы
R1	МЛТ-0.125-22 МОм	1
R2	МЛТ-0.125-510 кОм	1
R3-R23	МЛТ-0.125-270 Ом	21
	Конденсаторы
C1	CTC 038-15RA, 2.8-15 пФ, d=4 мм, Конденсатор подстроечный	1
C2	Электролитический 36пФ 16V	1
C3	CTC 038-20RA, 4-20 пФ, d=4 мм, Конденсатор подстроечный	1

	Кнопки
S1	Кнопка пуск/остановка	1
S2	Кнопка установка десятков секунд	1
S3	Кнопка установка минут	1
S4	Кнопка выкл/сброс	1
	Кварцевый резонатор
Z1	DT-26 32768 Гц	1
	Динамик
В1	25KP08-1, 200-20 кГц, 1.5 Вт	1

Список литературы

1.В.Л. Шило «Популярные цифровые микросхемы» М. 1989 г

2.А. Уильямс «Применение интегральных схем» М. 1987 г.

3. С. А. Бирюков «Цифровые устройства на интегральных микросхемах» М. 1991 г.

4.Е. П. Угрюмый «Цифровая схемотехника» БХВ 2005 г.

5.В. Г. Гусев «Электроника и микропроцессорная техника» Высшая школа 2005 г.

6.Паятель.ру - все электронные схемы. http://www.payatel.ru/

7.Вот схема! - электронные схемы. http://www.votshema.ru/

8.Телефония и электронные компоненты. http://tec.org.ru/

9.www.microcontrollerov.net

Размещено на Allbest.ru