河南城建电子计分板课程设计.docVIP

电 子 课 程 设 计题 目： 电子计分板专 业： 电子信息工程姓 名： *学 号： 0934111*指导教师： 张晓杰电气与信息工程学院2013年6月28日成绩评定指导教师评语： 成绩等级： 指导教师签字： 年 月 日目录一、设计任务与要求 - (04) 1、题目- (04) 2、技术指标与要求- (04)二、原理电路设计- (04) 1、方案比较-(04)2、单元电路设计-(04)3、元件选择-(11)4、整体电路设计-(12)5、电路工作原理-(13)三、实验与仿真- (13)四、设计总结 - (13) 1、设计过程中遇到的问题及解决办法- -(14) 2、设计体会-（14） 3、对设计的建议-（15）五、参考文献 -（16）一、设计的任务和要求1、题目：电子计分板2、技术指标与要求： 比分以二位十进制数进行显示。 使用键盘控制输入状态和比分。 具有复位功能,可以强制输入两队的比分。二、原理电路设计1、 方案比较方案一：设计出可以加减1分、2分、3分的加减记分器，把按键的输入信号通过编码器把十进制编译成二进制数码；利用累加器这种寄存器的工作原理，结合寄存器的存储功能，把二进制数码输入到7448译码器(BCD-七段显示译码器)来驱动七段数码管(BS201A)以达到显示分数的目的。这种方案适用于各类记分制体育比赛或竞赛。方案二： 设计出可以随时输入两队比分的记分器。设置09十个数字输入键盘，通过编码器把十进制编译成二进制数码DCBA，把DCBA分别输给移位寄存器并行输入端和数据选择器的地址输入端来选择信号作为移位寄存器的CP信号来源。数码显示管通过输入寄存器的DCBA来显示分数。这种方案设计出的记分器不仅适用篮球、足球、羽毛球等竞赛场合而且可以作为抢答器的记分部分，应用场合更为广泛。综合以上方案结合设计任务与要求我们选择了方案二进行设计。2、 单元电路设计 +5V电源电路单元考虑到利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简单易行，不受外界气候温度的影响，性能稳定可靠，所以采用蓄电池作为直流电源。 记分器电路单元记分器电路为本设计的主电路，也是重点设计的电路。分别由数字控制键盘、编码器、数据选择器、移位寄存器、七段数码显示管和强制清零按钮及甲乙输分控制开关组成。如下图所示。 设置09十个数字输入键盘，通过编码器把十进制编译成二进制数码DCBA，把DCBA分别输给移位寄存器并行输入端和数据选择器的地址输入端来选择信号作为移位寄存器的CP信号来源。数码显示管通过输入寄存器的DCBA来显示分数。数字键盘部分 实际中应用键盘来控制数值的输入，但这里用单刀双掷开关来替代。09 十个开关连接如下图所示。工作中由于考虑到后面电路中编码器74147其输入低电平有效，所以开关平时处在上面。从而给后面电路高电平使其处于不工作状态，当按下按键的那一刻，开关由高电平转到低电平，从而给后面的电路一个低电平信号。此信号用来触发编码器和数据选择器工作。编码部分 在二值逻辑电路中，信号都是以高低电平给出的。因此编码器的逻辑功能就是将输入的每一个高低电平信号编成一个对应的二进制代码。在此处编码器选择了74147其引脚如图（1）所示，功能表如图（2）所示。它的主要作用是用来实现十进制转化为相应的二进制代码。具体转化过程如下：由74147功能表可知，输出DCBA是8421BCD码的反码，因此只要在74147的输出端增加反相器就可以获得所要的输出码。74147是9输入端的集成器，而我们有10个数字键要输入，观察功能表就可以看出当74147的9个输入端都是高电平时，输出的二进制码经反相器后就是要得到的0的二进制8421BCD码。所以前面开关电路的19键分别接74147的9个输入端，0键不接74147编码器只接数据选择器以提供移位寄存器的CP信号。工作中按“0”键时由于74147各个输入端都是高电平，则输出经反相后就是“0”的二进制码。其他的数字经编码器编码对应的二进制码。同时都给后面的移位寄存器一个单脉冲的CP信号。图（1） 图（2） S1S2S3S4S5S6S7S8S9ABCD1111111111111XXXXXXXX00110XXXXXXX010111XXXXXX0111000XXXXX01111001XXXX011111010XXX0111111011XX01111111100X0111111111010111111111110数字键盘开关示意图 74147的内部结构图： 数据选择器部分 数据选择器是为了提供移位寄存器的单脉冲CP信号，使的每次按键是不仅给数字编码还提供CP信号以实现寄存器的存储和移位功能。74HC151的功能表和引脚图如下图所示。74HC151的数据输入端只有8个，所以我们选择两块74HC151进行级联电路如图下所示。级联后的使能输入端作为地址端来使用，在两片使能端接一反相器低三位地址选择输入端CBA有两片74HC151的地址输入端相对连接而成。然后两输出Y经一或门输出作为CP信号输给寄存器的CLK。 移位寄存器部分移位寄存器电路由4片74194（双向移位寄存器）构成。功能表如图（3）所示。集成移位寄存器74194由四个RS 触发器及它们的输入控制电路组成。除了增加4个并行输入端AD 外,还有两个控制输入端S1、S0。如表所示，它们的状态组合可以完成4种控制功能，其中左移和右移两项是指串行输入，数据是分别从左移输入端DSL和右移输入端DSR送入寄存器的。RD为异步清零输入端。其第一行表示寄存器的异步清零；第二行表示当RD1，CP =1(或0)时，寄存器处于原来状态；第三行表示为并行输入同步预置数；第四、五行为串行输入左移；第六、七行为串行输入右移；第八行为保持状态。图（4）是74194双向移位寄存器控制端的逻辑功能。这里我们使用保持和并行输入和并行输出功能来实现比分的保持和刷新功能。功能输 入输 出CPS1S0SLSRD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q3清除0 0 0 0 0送数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逻辑功能图（3）控制信号完成的功能S1S200保持01右移10左移11并行输入 图四 显示部分为了能以十进制数码直观地显示数字系统的运行数据，目前广泛采用七段字符显示器，或称为七段数码管。这种字符显示器有七段可发光的线段拼合而成。常见的七段字符显示器有半导体数码管和液晶显示器两种。本设计采用第一种半导体数码管。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管（简称LED），因而将它称作LED数码管或LED七段显示器。LED数码管分共阳极与共阴极两种，外形及结构如图（21）所示。此电路采用BS系列的数码管BS207，其正向压降3.6V、最大工作电流（全亮）为400mA、最大功耗为600mW、反向击穿电压（每段）5V、发光强度（每段）150ucd、结构为共阴。本电路使用的是四输入的译码器集成在其中的数码管。总体来说，LED数码管不仅具有工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高等优点，而且响应时间短（一般不超过0.1us),亮度也比较高。示意图如下： 3、 元件选择名称型号个数编码器74LS1471个数据选择器74LS1512个移位寄存器74LS1944个七段数码显示管BS201A4个非门74LS046个或门74LS321个电阻1K10个数字键盘（单刀双掷开关）/ 12个导线/若干电源5V1个4、 整体电路见附录一：5、 电路工作原理当我们按下一个数字键时编码器输出的二进制数码输入到寄存器的并行输入端。同时按键经过数据选择器提供一个CP单脉冲给寄存器，这样其中一方如U7就可以输出数码至七段数码管和U10的并行输入端。使得数码管个位显示刚按下的数字，当再按一按键时同理U7的输出是刚按下的数字，U10的输出是上一次按下的数字。这样就实现了个位数向十位数的移动。关于双方输分控制键；当单刀双掷开关置在低电平或高电平时，必有其中一方的S0、S1处于保持功能，而另一方的S0、S1处于并行输出状态。强制清零键的01状态实现全部比分的清零。本电路的设计应输入标准两位分数即5分时应输入05。三、实验及仿真 打开Multisim11软件进行仿真。在电路组仿真时，遇到的最大问题是，起初考虑不周全，芯片分布不够合理，出现了许多“特长线、交叉线” 不但影响电路图的美观，而且也会给后来的调试检查带来不必要的麻烦。经过几次修改问题得到初步解决。 仿真调试过程中，由于对软件的不太熟悉和电路的不够完美，也出现了一些不另人满意的结果。在经过和搭档的讨论和反复的运行中。逐步发现问题并得到了很好的解决。最终达到满意的效果。 六、设计总结1、设计过程中遇到的问题及解决方法 刚开始时，和小组搭档拿着选定的题目觉得很简单。脑海中马上就出现了几个设计思路，但在设计的几天里才发现设计并不是那么简单。原来的思路一个个被排除掉。静下心来，仔细分析题目才有了谱。将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整合。 在电路组仿真时，遇到的最大问题是，起初考虑不周全，芯片分布不够合理，出现了许多“特长线、交叉线” 不但影响电路图的美观，而且也会给后来的调试检查带来不必要的麻烦。经过几次修改问题得到初步解决。仿真调试过程中，由于对软件的不太熟悉和电路的不够完美，也出现了一些不能另人满意的结果。在经过和搭档的讨论和反复的运行中。逐步发现问题并得到了很好的解决。最终达到满意的效果。 在设计过程中，既有用过的芯片，又有没用过的，只能自己查表，分析功能。即学即用。最后仿真调试阶段，哪怕一个小小的错误也会使结果出不来。只好一条线一条线地查。结果终于出来了，又发现有的地方还应改进。经过反复的修改仿真，最终得到了满意的效果。 通过这次课程设计学习了数字系统设计的基本思想和方法，提高了动手的能力，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法使我们更好的理解了相关知识。2、 设计体会为期一周的电子课程设计拉下了帷幕，我深刻体会到了其中的苦与乐，感悟甚是深切。 在没有做课程设计以前，觉得课程设计只是对知识的单纯总结，但是通过这次课程设计发现自己的看法有点太片面，课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，也是对自己能力的一种提高，通过这次课程设计使自己明白了原来的那点知识是非常欠缺的，要学习的东西还很多，通过这次课程设计，明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活中都应该不断的学习，努力提高自己的知识和综合素质，并将理论与设计相结合，学以致用，不再是纸上谈兵。对我们学生来说，理论与实际非常重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。在这次课程设计中，同学之间的互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，发现我们所学的知识实在是有限，不过我们能够充分利用网络的优势去查阅资料。而且，课程设计中涉及到的电路图用了Multisim11进行设计和仿真，使我多掌握了一个得力的仿真工具。我在整个设计过程中懂得了许多东西，当遇到解决不了的问题，跟同伴一起商量、合作，或许能收到事半功倍的效果。不管学什么，一定要打好基础，并将其学好、学精，但空有知识也不能说明什么，还得能为己所用；还有更重要的是培养了独立思考和设计的能力，树立了对知识应用的信心，相信会对今后的学习工作和生活有非常大的帮助，并且提高了自己的动手实践操作能力，使自己充分体会到了在设计过程中的成功喜悦。虽然这个设计做的不是很完美，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。通过这次课程设计，明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活中都应该不断的学习，最重要的是学过之后要拿出来用，把它真正地变为自己的东西，当然这还需要努力提高自己的知识和综合素质，并将理论与实际相结合，理论与实际同样重要。另外通过这次课程设计，使我对数字电路的一般设计和功能有了较为宏观的了解。这次的课程设计也提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的工作作风。3、 对设计的建议个人感觉本次试验的确有助于学生更好地理解和掌握课本上的知识，但本次设计时间上有点仓促，以至于学生不能