电子计分板设计报告

河南城建学院河南城建学院河南城建学院 电子技术基础课程设计报告电子技术基础课程设计报告 电子记分板电子记分板 姓 名 张 涛 学 号 专业班级 指导老师 刘晓芳 所在院系 电气与信息工程学院 2014 年 6 月 19 日 摘要摘要 本设计运用键盘输入比分 具有强制清零的功能 我们可以通过设计要求 和内容 思考怎样设计方案 然后再进行方案的对比 选出可行的方案 最优 的方案 根据方案进行各个模块的设计 经过图书馆的查阅资料和老师的指导 同学的帮助完成设计 模块完成之后连接整体电路 最后对方案进行软件仿真 连接线路调试 经过多次仿真达到设计要求 实现了其功能 设计的原理和方法是 首先通过编码器将 0 9 这十个数字变成各自的四位 二进制代码 然后再通过译码器将四位二进制代码译成对应的数字显示出来 再利用移位寄存器控制比分状态的保持和实现强制清零的功能 甲乙比分可以 通过数码管显示 每个数码管能够显示 0 9 十个数字 所以最高显示积分为 99 最小为 0 这种原理比较简单 它采用集成电路 比较容易自制 由于这 种键盘控制输入比分 所以它可以适用于排球篮球网球等一些体育比赛项目 还可以在一些知识竞答等比赛中应用 故其应用比较广泛 我们在懂得原理的基础上 通过合适的器件和线路 我们最后实现了甲乙 比分的显示 达成了我们的目的 目录目录 1 1 概述概述 1 1 2 2 系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计 2 2 2 1 总体方案 2 2 2 记分板总电路 2 2 3 设计所需的元件 3 3 3 各模块设计各模块设计 3 3 1 数字键盘部分 3 3 2 编码器部分 5 3 3 数据选择器部分 6 3 4 移位寄存器部分 8 3 5 显示部分 10 4 4 软件仿真软件仿真 11 4 1 软件仿真图 11 5 5 课程设计体会课程设计体会 12 参考文献参考文献 12 附附 1 1 系统原理图 系统原理图 13 1 1 1 概述概述 在日常生活中 我们会遇到很多比赛 会经常见到电子记分器 那么这种 记分器的原理是什么呢 其实学过数字电子技术之后 通过亲自进行设计发现工作原理其实很简单 就是通过将 0 至 9 十个数字进行编码 编成二进制代码再通过译码译成数码 管所显示数字的代码 从而让数码管显示相对应的数字 编码器将输入的每一个高 低电平信号编成一个对应的二进制代码 而译 码器正好相反是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高 低电平信号或另 外一个代码 数据选择器从一组输入数据中 通过给定不同的地址代码 选出 某一个来 移位寄存器用于寄存一组二进制代码并能实现异步置零 状态保持 功能 七段显示数码管能将二进制代码译成数码管所需要的驱动信号 从而使 数码管将十进制数字显示出来 随着科技突飞猛进的发展 用数字电路进行信号处理的优势也更加突出 尤其在科学与技术方面 而编码器译 码器数 据选择器 移位寄存器等一些 逻辑器件起着关键作用 所以学会使用这些器件非常重要 在这里通过对器件 功能的学习和分析介绍 完成对电路的设计 对数字电子技术有了进一步的了 解 同时也明白了生活中的一些电子产品的工作原理 数字电路具有电路简单 可靠性高 成本低等优点 本设计就以数字电路 为核心设计智能计分器 它在生活中应用非常广泛 2 2 2 系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计 2 1 总体方案 方案一 设计出加减输入 1 分 2 分 3 分 5 分的智能加减记分器 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 译码器来驱动七段数码管以达到显示分数 的目的 这种方案设计出的记分器适用于各类学校篮球 排球 乒乓球等竞赛 场合 方案二设计出可以随时输入两侧分数 并保持比分显示且有强制清零功能 的记分器 设置 0 9 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 DCB A 来显示分数 这种方案设计出的记分器不仅适用各类学校篮球 排球 乒乓 球等竞赛场合而且可以作为各类知识竟答抢答器的记分部分 应用场合更为广 泛 综合以上方案结合设计技术指标与要求我们选择了方案二进行设计 电源 部分采用干电池供电 主记分电路由编码器 74147 数据选择器 74LS151 移位寄存器 74194 和显示器 LED 部分组成 其流程图如图 2 1 所示 图 2 1 主计分电路流程图 2 2 记分器电路 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 如图 2 2 所示 设置 0 9 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 直流电源 数字键盘 编码器 数据选择器 移位寄存器 数码管 3 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 图 2 2 主计分电路 2 3 设计所需的元件如图 2 3 所示 元件元件数量 个 74147 编码器 1 74LS194 移位寄存器 4 74LS151 数据选择器 2 七段数码显示管 7448 译码器集成其中 4 74LS04 非门 6 74LS32 正或门 1 电阻 1K 10 单刀双掷开关 12 导线若干 图图 2 32 3 元件个数图 4 3 3 各模块设计各模块设计 3 1 数字键盘部分 实际中应用键盘来控制数值的输入 这里用单刀双掷开关来替代 0 9 十个开关连接如图 3 1 所示 工作中由于后面电路的要求 开关平时处 在上面给后面电路高电平 按下按键的一刻给后面的电路以低电平 来触发编 码器和数据选择器工作 图 3 1 数字键盘图 3 2 编码部分 编码器选择了 74147 8421 BCD 码其功能表如图 3 2 1 所示 5 图 3 2 1 74147 编码功能图 由 74147 8421 BCD 码功能表可知 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 1 9 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的到起对应的二进制码 同时通过数据选择器选择都 给后面的移位寄存器一个单脉冲的 CP 信号 其电路如图 3 2 2 所示 6 U3 74147N A 9 B 7 C 6 D 14 3 13 4 1 5 2 2 12 1 11 8 5 7 4 6 3 9 10 U15A 74LS04N U15B 74LS04N U15C 74LS04N U15D 74LS04N 14 15 16 17 图 3 2 2 编码器图 3 3 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 74LS151 的功能 表和引脚图如图 3 3 1 所示 74LS151 的数据输入端只有 8 个 所以我们选择 两块 74LS151 进行级联电路如图 3 3 2 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 74LS151 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 7 图 3 3 1 74LS151 的功能表和引脚图 U 1 74LS151 N W 6 D 0 4 D 1 3 D 2 2 D 3 1 D 4 1 5 D 5 1 4 D 6 1 3 D 7 1 2 A 1 1 C 9 B 1 0 Y 5 G 7 U 2 74LS151 N W 6 D 0 4 D 1 3 D 2 2 D 3 1 D 4 1 5 D 5 1 4 D 6 1 3 D 7 1 2 A 1 1 C 9 B 1 0 Y 5 G 7 U1 3 NO T 1 1 U 8 OR 2 1 3 1 2 7 6 5 4 3 2 1 4 7 4 8 4 1 图 3 3 2 数据选择器图 8 3 4 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 其功能表如图 3 4 1 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 A D 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 RD 1 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 3 4 2 是 74194 双向移位寄存器控制端的逻辑功能 电路图是图 3 4 3 这里我们只使用 保持和并行输入和并行输出功能来实现比分的保持和输入功能 图 3 4 1 移位寄存器功能表 9 图 3 4 2 74194 双向移位寄存器图 图 3 4 3 移位寄存器电路图 10 3 5 显示部分 半导体数码管和液晶管显示器都可以用 TTL 或 CMOS 集成电路直接驱动 信号 为此 就需要使用显示译码器将 BCD 码已成数码管所需要的驱动信号 以便使数码管用十进制数字显示出 BCD 代码所标示的数值 所以我们需要选用 具有译码功能的显示器 这里我们选用 BCD 七段显示译码器如图 3 5 1 所示 图 3 5 1 BCD 七段显示译码器图 11 4 软件仿真软件仿真 软件仿真图 12 5 课程设计体会课程设计体会 此次课程设计刚开始的时候 当我和组员拿到所选的题目 看似非常简单 的题目 但就是不知该从哪下手 后来老师提示说这次课程设计用到的是我们 所学的器件 后来我们就开始根据这条思路展开我们的任务 我们首先上网搜 索相关的原理及其用到的芯片 后来又到图书馆查阅了相关的资料 再结合我 们的教材 初步想出了两个方法 后来我和组员进行了讨论分析这两个方法的 优缺点 前一个运用累加功能计数时局限太大 没有后一个计数方便 后面的 电路也比较简单所用到的芯片也比较少 故选择第二种方案 它可以随时输入 两侧的数字 没有设计累加功能 很方便 所以这样不仅可以用于篮球等体育 竞赛 也可以用于各类知识竞答 所以这样的计分板应用非常广泛 在设计过程中 我们遇到很多的芯片 有见过的有没有见过的 有知道功能 的有不知道功能的 所以上网查资料 查阅相关书籍资料尤其重要 在明白各 个管脚的功能后 仔细连接各个接线柱尤其重要即使连错一根导线 结果都运 行不出来 连接过程中也会遇到很多问题 因此和组员讨论 寻求老师和同学 的帮助必不可少 尤其在一些细节上一定要弄明白连正确最后才能得到的却的 结果 通过这次课程设计 我学到很多书本及其书本以外的知识 让我受益匪浅 既巩固了课堂上的理论知识 又掌握了一些常用的集成电路芯片的使用 另外 也学习了数字电路系统设计的基本思想和方法