河南城建電子計分板課程設計

1、電 子 課 程 設 計題 目： 電子計分板專 業(yè)： 電子信息工程姓 名： *學 號： 0934111*指導教師： 張曉杰電氣與信息工程學院2013年6月28日成績評定指導教師評語： 成績等級： 指導教師簽字： 年 月 日目錄一、設計任務與要求 - (04) 1、題目- (04) 2、技術指標與要求- (04)二、原理電路設計- (04) 1、方案比較-(04)2、單元電路設計-(04)3、元件選擇-(11)4、整體電路設計-(12)5、電路工作原理-(13)三、實驗與仿真- (13)四、設計總結 - (13) 1、設計過程中遇到的問題及解決辦法- -(14) 2、設計體會-（14） 3、對設計

2、的建議-（15）五、參考文獻 -（16）一、設計的任務和要求1、題目：電子計分板2、技術指標與要求： 比分以二位十進制數(shù)進行顯示。 使用鍵盤控制輸入狀態(tài)和比分。 具有復位功能,可以強制輸入兩隊的比分。二、原理電路設計1、 方案比較方案一：設計出可以加減1分、2分、3分的加減記分器，把按鍵的輸入信號通過編碼器把十進制編譯成二進制數(shù)碼；利用累加器這種寄存器的工作原理，結合寄存器的存儲功能，把二進制數(shù)碼輸入到7448譯碼器(bcd-七段顯示譯碼器)來驅動七段數(shù)碼管(bs201a)以達到顯示分數(shù)的目的。這種方案適用于各類記分制體育比賽或競賽。方案二： 設計出可以隨時輸入兩隊比分的記分器。設置09十個數(shù)

3、字輸入鍵盤，通過編碼器把十進制編譯成二進制數(shù)碼dcba，把dcba分別輸給移位寄存器并行輸入端和數(shù)據選擇器的地址輸入端來選擇信號作為移位寄存器的cp信號來源。數(shù)碼顯示管通過輸入寄存器的dcba來顯示分數(shù)。這種方案設計出的記分器不僅適用籃球、足球、羽毛球等競賽場合而且可以作為搶答器的記分部分，應用場合更為廣泛。綜合以上方案結合設計任務與要求我們選擇了方案二進行設計。2、 單元電路設計 +5v電源電路單元考慮到利用電池作為能量來源，可以得到具有穩(wěn)定電壓，穩(wěn)定電流，長時間穩(wěn)定供電，受外界影響很小的電流，并且電池結構簡單，攜帶方便，充放電操作簡單易行，不受外界氣候溫度的影響，性能穩(wěn)定可靠，所以采用蓄電

4、池作為直流電源。 記分器電路單元記分器電路為本設計的主電路，也是重點設計的電路。分別由數(shù)字控制鍵盤、編碼器、數(shù)據選擇器、移位寄存器、七段數(shù)碼顯示管和強制清零按鈕及甲乙輸分控制開關組成。如下圖所示。 設置09十個數(shù)字輸入鍵盤，通過編碼器把十進制編譯成二進制數(shù)碼dcba，把dcba分別輸給移位寄存器并行輸入端和數(shù)據選擇器的地址輸入端來選擇信號作為移位寄存器的cp信號來源。數(shù)碼顯示管通過輸入寄存器的dcba來顯示分數(shù)。數(shù)字鍵盤部分 實際中應用鍵盤來控制數(shù)值的輸入，但這里用單刀雙擲開關來替代。09 十個開關連接如下圖所示。工作中由于考慮到后面電路中編碼器74147其輸入低電平有效，所以開關平時處在上面

5、。從而給后面電路高電平使其處于不工作狀態(tài)，當按下按鍵的那一刻，開關由高電平轉到低電平，從而給后面的電路一個低電平信號。此信號用來觸發(fā)編碼器和數(shù)據選擇器工作。編碼部分 在二值邏輯電路中，信號都是以高低電平給出的。因此編碼器的邏輯功能就是將輸入的每一個高低電平信號編成一個對應的二進制代碼。在此處編碼器選擇了74147其引腳如圖（1）所示，功能表如圖（2）所示。它的主要作用是用來實現(xiàn)十進制轉化為相應的二進制代碼。具體轉化過程如下：由74147功能表可知，輸出dcba是8421bcd碼的反碼，因此只要在74147的輸出端增加反相器就可以獲得所要的輸出碼。74147是9輸入端的集成器，而我們有10個數(shù)字

6、鍵要輸入，觀察功能表就可以看出當74147的9個輸入端都是高電平時，輸出的二進制碼經反相器后就是要得到的0的二進制8421bcd碼。所以前面開關電路的19鍵分別接74147的9個輸入端，0鍵不接74147編碼器只接數(shù)據選擇器以提供移位寄存器的cp信號。工作中按“0”鍵時由于74147各個輸入端都是高電平，則輸出經反相后就是“0”的二進制碼。其他的數(shù)字經編碼器編碼對應的二進制碼。同時都給后面的移位寄存器一個單脈沖的cp信號。圖（1） 圖（2） s1s2s3s4s5s6s7s8s9abcd1111111111111xxxxxxxx00110xxxxxxx010111xxxxxx0111000xxx

7、xx01111001xxxx011111010xxx0111111011xx01111111100x0111111111010111111111110數(shù)字鍵盤開關示意圖 74147的內部結構圖： 數(shù)據選擇器部分 數(shù)據選擇器是為了提供移位寄存器的單脈沖cp信號，使的每次按鍵是不僅給數(shù)字編碼還提供cp信號以實現(xiàn)寄存器的存儲和移位功能。74hc151的功能表和引腳圖如下圖所示。74hc151的數(shù)據輸入端只有8個，所以我們選擇兩塊74hc151進行級聯(lián)電路如圖下所示。級聯(lián)后的使能輸入端作為地址端來使用，在兩片使能端接一反相器低三位地址選擇輸入端cba有兩片74hc151的地址輸入端相對連接而成。然后兩

8、輸出y經一或門輸出作為cp信號輸給寄存器的clk。 移位寄存器部分移位寄存器電路由4片74194（雙向移位寄存器）構成。功能表如圖（3）所示。集成移位寄存器74194由四個rs 觸發(fā)器及它們的輸入控制電路組成。除了增加4個并行輸入端ad 外,還有兩個控制輸入端s1、s0。如表所示，它們的狀態(tài)組合可以完成4種控制功能，其中左移和右移兩項是指串行輸入，數(shù)據是分別從左移輸入端dsl和右移輸入端dsr送入寄存器的。rd為異步清零輸入端。其第一行表示寄存器的異步清零；第二行表示當rd1，cp =1(或0)時，寄存器處于原來狀態(tài)；第三行表示為并行輸入同步預置數(shù)；第四、五行為串行輸入左移；第六、七行為串行輸

9、入右移；第八行為保持狀態(tài)。圖（4）是74194雙向移位寄存器控制端的邏輯功能。這里我們使用保持和并行輸入和并行輸出功能來實現(xiàn)比分的保持和刷新功能。功能輸 入輸 出cps1s0slsrd0 d1 d2 d3q0 q1 q2 q3清除0 0 0 0 0送數(shù)111a b c da b c d右移011dsr dsr q0 q1 q2左移101dsl q1 q2 q3 dsl保持001 q0 q1 q2 q3保持1 q0 q1 q2 q374ls194邏輯功能圖（3）控制信號完成的功能s1s200保持01右移10左移11并行輸入 圖四 顯示部分為了能以十進制數(shù)碼直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行數(shù)據，目前廣泛采

10、用七段字符顯示器，或稱為七段數(shù)碼管。這種字符顯示器有七段可發(fā)光的線段拼合而成。常見的七段字符顯示器有半導體數(shù)碼管和液晶顯示器兩種。本設計采用第一種半導體數(shù)碼管。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管（簡稱led），因而將它稱作led數(shù)碼管或led七段顯示器。led數(shù)碼管分共陽極與共陰極兩種，外形及結構如圖（21）所示。此電路采用bs系列的數(shù)碼管bs207，其正向壓降3.6v、最大工作電流（全亮）為400ma、最大功耗為600mw、反向擊穿電壓（每段）5v、發(fā)光強度（每段）150ucd、結構為共陰。本電路使用的是四輸入的譯碼器集成在其中的數(shù)碼管?？傮w來說，led數(shù)碼管不僅具有工作電壓低、體積小、

11、壽命長、可靠性高等優(yōu)點，而且響應時間短（一般不超過0.1us),亮度也比較高。示意圖如下： 3、 元件選擇名稱型號個數(shù)編碼器74ls1471個數(shù)據選擇器74ls1512個移位寄存器74ls1944個七段數(shù)碼顯示管bs201a4個非門74ls046個或門74ls321個電阻1k10個數(shù)字鍵盤（單刀雙擲開關）/ 12個導線/若干電源5v1個4、 整體電路見附錄一：5、 電路工作原理當我們按下一個數(shù)字鍵時編碼器輸出的二進制數(shù)碼輸入到寄存器的并行輸入端。同時按鍵經過數(shù)據選擇器提供一個cp單脈沖給寄存器，這樣其中一方如u7就可以輸出數(shù)碼至七段數(shù)碼管和u10的并行輸入端。使得數(shù)碼管個位顯示剛按下的數(shù)字，當

12、再按一按鍵時同理u7的輸出是剛按下的數(shù)字，u10的輸出是上一次按下的數(shù)字。這樣就實現(xiàn)了個位數(shù)向十位數(shù)的移動。關于雙方輸分控制鍵；當單刀雙擲開關置在低電平或高電平時，必有其中一方的s0、s1處于保持功能，而另一方的s0、s1處于并行輸出狀態(tài)。強制清零鍵的01狀態(tài)實現(xiàn)全部比分的清零。本電路的設計應輸入標準兩位分數(shù)即5分時應輸入05。三、實驗及仿真 打開multisim11軟件進行仿真。在電路組仿真時，遇到的最大問題是，起初考慮不周全，芯片分布不夠合理，出現(xiàn)了許多“特長線、交叉線” 不但影響電路圖的美觀，而且也會給后來的調試檢查帶來不必要的麻煩。經過幾次修改問題得到初步解決。 仿真調試過程中，由于對

13、軟件的不太熟悉和電路的不夠完美，也出現(xiàn)了一些不另人滿意的結果。在經過和搭檔的討論和反復的運行中。逐步發(fā)現(xiàn)問題并得到了很好的解決。最終達到滿意的效果。 六、設計總結1、設計過程中遇到的問題及解決方法 剛開始時，和小組搭檔拿著選定的題目覺得很簡單。腦海中馬上就出現(xiàn)了幾個設計思路，但在設計的幾天里才發(fā)現(xiàn)設計并不是那么簡單。原來的思路一個個被排除掉。靜下心來，仔細分析題目才有了譜。將整個系統(tǒng)根據不同的功能化分成模塊，再分別進行設計，逐個攻破，最后再將其整合。 在電路組仿真時，遇到的最大問題是，起初考慮不周全，芯片分布不夠合理，出現(xiàn)了許多“特長線、交叉線” 不但影響電路圖的美觀，而且也會給后來的調試檢查

14、帶來不必要的麻煩。經過幾次修改問題得到初步解決。仿真調試過程中，由于對軟件的不太熟悉和電路的不夠完美，也出現(xiàn)了一些不能另人滿意的結果。在經過和搭檔的討論和反復的運行中。逐步發(fā)現(xiàn)問題并得到了很好的解決。最終達到滿意的效果。 在設計過程中，既有用過的芯片，又有沒用過的，只能自己查表，分析功能。即學即用。最后仿真調試階段，哪怕一個小小的錯誤也會使結果出不來。只好一條線一條線地查。結果終于出來了，又發(fā)現(xiàn)有的地方還應改進。經過反復的修改仿真，最終得到了滿意的效果。 通過這次課程設計學習了數(shù)字系統(tǒng)設計的基本思想和方法，提高了動手的能力，學會了科學地分析實際問題，通過查資料、分析資料及請教老師和同學等多種途

15、徑，獨立解決問題。在這次課程設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法使我們更好的理解了相關知識。2、 設計體會為期一周的電子課程設計拉下了帷幕，我深刻體會到了其中的苦與樂，感悟甚是深切。 在沒有做課程設計以前，覺得課程設計只是對知識的單純總結，但是通過這次課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面，課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，也是對自己能力的一種提高，通過這次課程設計使自己明白了原來的那點知識是非常欠缺的，要學習的東西還很多，通過這次課程設計，明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作和生活中都應該不斷的學習，努力提高自己的知識和綜合素

16、質，并將理論與設計相結合，學以致用，不再是紙上談兵。對我們學生來說，理論與實際非常重要，這是我們以后在工作中說明自己能力的一個重要標準。在這次課程設計中，同學之間的互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，發(fā)現(xiàn)我們所學的知識實在是有限，不過我們能夠充分利用網絡的優(yōu)勢去查閱資料。而且，課程設計中涉及到的電路圖用了multisim11進行設計和仿真，使我多掌握了一個得力的仿真工具。我在整個設計過程中懂得了許多東西，當遇到解決不了的問題，跟同伴一起商量、合作，或許能收到事半功倍的效果。不管學什么，一定要打好基礎，并將其學好、學精，但空有知識也不能說明什么，還得能為己所用；還有更重要的是培養(yǎng)了獨立思考和設

17、計的能力，樹立了對知識應用的信心，相信會對今后的學習工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動手實踐操作能力，使自己充分體會到了在設計過程中的成功喜悅。雖然這個設計做的不是很完美，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。通過這次課程設計，明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作和生活中都應該不斷的學習，最重要的是學過之后要拿出來用，把它真正地變?yōu)樽约旱臇|西，當然這還需要努力提高自己的知識和綜合素質，并將理論與實際相結合，理論與實際同樣重要。另外通過這次課程設計，使我對數(shù)字電路的一般設計和功能有了較為宏觀的了解。這次的課程設計也提高了我們的邏輯思維能力，使我們在邏輯電路的分析與設計上有了很大的進步。加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認識，既鞏固了課堂上學到的理論知識，又掌握了常用集成電路芯片的使用。在此基礎上學習了數(shù)字系統(tǒng)設計的基本思想和方法，學會了科學地分析實際問題，通過查資料、分析資料及請教老師和同學等多種途徑，獨立解決問題。同時，也培養(yǎng)了我認真嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。3、 對設計的建議個人感覺本次試驗的確有助于學生更好地理解和掌握課本上的知識，但本次設計時間上有點倉促，以至于學生