數(shù)電課程設(shè)計(jì)--電子記分板

1、<p>　　電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　電子記分板</b></p><p>　　2013年6月26日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)要求用鍵盤(pán)控制輸入比分，具有強(qiáng)制清零功能。通過(guò)分析設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求，思考設(shè)計(jì)方案，通過(guò)方案對(duì)

2、比，得出可行方案、最優(yōu)方案。根據(jù)方案進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，大體上為開(kāi)關(guān)部分、編碼部分和地址選擇部分，經(jīng)過(guò)查閱資料和老師指導(dǎo)完成各模塊的設(shè)計(jì)，模塊完成之后連接整體電路。最后對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行軟件仿真，經(jīng)過(guò)多次仿真實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了其功能。</p><p>　　設(shè)計(jì)原理和方法是：首先要通過(guò)編碼器將0~9這十個(gè)數(shù)字編成相對(duì)應(yīng)四位二進(jìn)制代碼；再通過(guò)譯碼器將四位二進(jìn)制代碼譯成相對(duì)應(yīng)的數(shù)字，并顯示出來(lái) ，利用移位寄存器控制比分狀態(tài)

3、的保持和實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制清零的功能。</p><p>　　甲乙比分通過(guò)數(shù)碼管顯示，每個(gè)數(shù)碼管能顯示0~9十個(gè)數(shù)字，甲乙各用兩個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行顯示，所以最高記分為99。此設(shè)計(jì)時(shí)是由四片相同的74LS194和兩片相同的74HC151和一片74LS147進(jìn)行連接。在連接時(shí)由74LS147的輸出端經(jīng)過(guò)非門(mén)后于74LS194的輸入端相連，然后，74LS194的輸出端分別和LED燈相連和下一片的74LS194輸入端相連。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通

4、過(guò)芯片之間的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的目的，本實(shí)驗(yàn)有相同芯片直接的連接，也有不同芯片直接的連接，通過(guò)芯片的輸入與輸出端口之間的連線(xiàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中連接不同時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。其原理比較簡(jiǎn)單，采用集成電路，容易自制。通過(guò)鍵盤(pán)控制輸入比分，不僅適用于籃球、排球、網(wǎng)球等一些體育運(yùn)動(dòng)比賽，還可用在知識(shí)競(jìng)答等一些比賽，其應(yīng)用比較廣泛。</p><p>　　關(guān)鍵詞：編碼器，譯碼器，LED數(shù)碼管</p><p&g

5、t;<b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　目錄3</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求4</p><p>　　1.1.2設(shè)計(jì)目的4</p><p>　　1.2 發(fā)展前景4

6、</p><p>　　2. 系統(tǒng)方案及硬件設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1.總體框圖5</p><p>　　2.2.電路的連接6</p><p>　　2.3.顯示部分6</p><p>　　2.4.總體設(shè)計(jì)圖7</p><p>　　2.5.所需器件7</p><

7、p>　　3. 各模塊設(shè)計(jì)8</p><p>　　1.74LS048</p><p>　　3.2.74HC151（數(shù)據(jù)選擇器）8</p><p>　　3.3.74LS194 （移位寄存器）9</p><p>　　3.4.74LS147（十進(jìn)制數(shù)—BCD編碼器）10</p><p>　　3.5.設(shè)計(jì)原理

8、11</p><p>　　3.5.1 數(shù)字鍵盤(pán)部分11</p><p>　　3.5.2 編碼部分12</p><p>　　3.5.3數(shù)據(jù)選擇器部分13</p><p>　　3.5.4移位寄存器部分14</p><p>　　3.6.功能模塊15</p><p><b>　　4.

9、仿真圖16</b></p><p>　　5.課程設(shè)計(jì)體會(huì)17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p>　　附1：系統(tǒng)原理圖19</p><p><b>　　1.概述</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</p&

10、gt;<p>　?。?）比分以二位十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行顯示。</p><p>　　（2）使用鍵盤(pán)控制輸入狀態(tài)和比分。 </p><p>　?。?）具有復(fù)位功能，可以強(qiáng)制輸入兩隊(duì)的比分。</p><p><b>　　1.1.2設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　(1)進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)課程所學(xué)的理論知識(shí)。<

11、;/p><p>　　(2)熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　(3)了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問(wèn)題。</p><p>　　(4)培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。</p><p><b>　　1.2 發(fā)展前景</b></p&

12、gt;<p>　　在各類(lèi)學(xué)?；@球、排球、乒乓球等競(jìng)賽場(chǎng)合經(jīng)常要用到記分器，在電視臺(tái)等大型場(chǎng)合中的智力搶答是智能搶答器和記分器及智能評(píng)分器結(jié)合在一起的一個(gè)系統(tǒng)，其利用的是大型顯示屏顯示數(shù)字。而在籃球比賽等不需要搶答的場(chǎng)合用到的只是一個(gè)記分器。記分器不但在以上場(chǎng)合取到很大的作用，而且在現(xiàn)代制造業(yè)中也有很重要的作用。</p><p>　　現(xiàn)代電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，各類(lèi)智能化產(chǎn)品相應(yīng)而出，智能記分器也不例外；

13、數(shù)字電路具有電路簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)就以數(shù)字電路為核心設(shè)計(jì)智能記分器。</p><p><b>　　系統(tǒng)方案及硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1.總體框圖</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)出加減輸入

14、1分，2分，3分，5分的智能加減記分器，把按鍵的輸入信號(hào)通過(guò)編碼器把十進(jìn)制編譯成二進(jìn)制數(shù)碼；利用累加器原理，結(jié)合寄存器的存儲(chǔ)功能，把二進(jìn)制數(shù)碼輸入到7448譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管以達(dá)到顯示分?jǐn)?shù)的目的。這種方案設(shè)計(jì)出的記分器適用于各類(lèi)學(xué)?；@球、排球、乒乓球等競(jìng)賽場(chǎng)合。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)出可以隨時(shí)輸入兩側(cè)分?jǐn)?shù)的智能記分

15、器。設(shè)置0—9十個(gè)數(shù)字輸入鍵盤(pán)，通過(guò)編碼器把十進(jìn)制編譯成二進(jìn)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(jù)選擇器的地址輸入端來(lái)選擇信號(hào)作為移位寄存器的CP信號(hào)來(lái)源。數(shù)碼顯示管通過(guò)輸入寄存器的DCBA來(lái)顯示分?jǐn)?shù)。這種方案設(shè)計(jì)出的記分器不僅適用各類(lèi)學(xué)?；@球、排球、乒乓球等競(jìng)賽場(chǎng)合而且可以作為各類(lèi)知識(shí)竟答搶答器的記分部分。應(yīng)用場(chǎng)合更為廣泛。</p><p>　　綜合以上方案結(jié)合設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與要求我們選擇了

16、方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　主記分電路由編碼器（74LS147）、數(shù)據(jù)選擇器（74HC151）、移位寄存器（74LS194）和顯示器（LED）部分組成。如圖2.1所示</p><p>　　圖2.1 主記分電路</p><p><b>　　2.2.電路的連接</b></p><p>　　移位寄存部分集成片U6、U

17、8是控制一方分?jǐn)?shù)。U7、U9控制另一方。U6和U7并行輸入端都接編碼器的輸出端，U8、U9的并行輸入端分別接對(duì)應(yīng)一方的上片寄存器并行輸出端。四片74LS194清零端RD接在單刀雙擲開(kāi)關(guān)，進(jìn)行高低電平的轉(zhuǎn)換事項(xiàng)強(qiáng)制清零功能。四片CP脈沖信號(hào)輸入端接至數(shù)據(jù)選擇器輸出端。集成片U6、U8的控制端S0、S1接在一起然后接在單刀雙擲開(kāi)關(guān)。U7、U9的控制端S0 、S1也接在一起然后接一非門(mén)后與前兩集成片接在同一單刀雙擲開(kāi)關(guān)上。來(lái)實(shí)現(xiàn)兩方的比分輸

18、入狀態(tài)。</p><p><b>　　2.3.顯示部分</b></p><p>　　常用的顯示器件有液晶顯示(LCD）、發(fā)光二極管顯示(LED)等。LCD顯示體積小、功耗低，但亮度不高。LED數(shù)碼管是把發(fā)光二極管制成條狀，再按一定方式連接，組成8，使用時(shí)讓某些筆段上的發(fā)光二極管發(fā)亮，即可組成0-9的一系列數(shù)字。 </p><p><b&g

19、t;　　2.4.總體設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　圖2.4 總體設(shè)計(jì)圖</p><p><b>　　2.5.所需器件</b></p><p>　　表2.5 所需器件表</p><p><b>　　3.各模塊設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　

20、1.74LS04 </b></p><p>　　表3.1 74LS04功能表</p><p>　　3.2.74HC151（數(shù)據(jù)選擇器）</p><p>　　表3.2.1 74HC151功能表</p><p>　　圖3.2.2 74HC151內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　芯片簡(jiǎn)述：集成多路選擇器741HC

21、51具有8個(gè)輸入信號(hào)D0—D8，一對(duì)互補(bǔ)輸出信號(hào)Y和W，三個(gè)數(shù)據(jù)選擇信號(hào)C、B、A和使能信號(hào)G。若G=0，多路選擇器工作正常，否則說(shuō)路選擇器輸出低電平。</p><p>　　3.3 .74LS194（移位寄存器)</p><p>　　表3.3.1 74194功能表</p><p>　　圖3.3.2 74LS194內(nèi)部引腳圖</p><p>　

22、　表3.3.3 74LS194功能表</p><p>　　3.4.74LS147（十進(jìn)制數(shù)—BCD編碼器）</p><p>　　下面是74147的引腳圖：</p><p>　　圖3.4.1 74LS147引腳圖</p><p>　　表3.4.2 74LS147功能表</p><p>　　圖3.4.3 74LS147的內(nèi)

23、部結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3.5.設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　3.5.1 數(shù)字鍵盤(pán)部分</p><p>　　實(shí)際中應(yīng)用數(shù)字鍵盤(pán)來(lái)控制數(shù)值的輸入，這里用單刀雙擲開(kāi)關(guān)來(lái)替代。0——9十個(gè)開(kāi)關(guān)連接如圖3.5.1所示。工作中由于后面電路的要求，開(kāi)關(guān)平時(shí)處在上面給后面電路高電平，按下按鍵的一刻給后面的電路以低電平，來(lái)觸發(fā)編碼器和數(shù)據(jù)

24、選擇器工作。</p><p>　　圖3.5.1 開(kāi)關(guān)連接圖</p><p><b>　　3.5.2編碼部分</b></p><p>　　編碼器選擇了74LS147其功能表如圖3.4.2所示，由74LS147功能表可知，輸出DCBA是8421BCD碼的反碼，因此只要在74LS147的輸出端增加反相器就可以獲得所要的輸出碼。74LS147是9輸入端

25、的集成器而我們有10個(gè)數(shù)字鍵要輸入，觀察功能表就可以看出當(dāng)74LS147的9個(gè)輸入端都是高電平時(shí)，輸出的二進(jìn)制碼經(jīng)反相器后就是要得到的0的二進(jìn)制8421BCD碼，所以前面開(kāi)關(guān)電路的1—9鍵分別接74LS147的9個(gè)輸入端，0鍵不接74LS147編碼器只接數(shù)據(jù)選擇器以提供移位寄存器的CP信號(hào)。工作中按“0”鍵時(shí)由于74LS147各個(gè)輸入端都是高電平，則輸出經(jīng)反相后就是“0”的二進(jìn)制碼。其他的數(shù)字經(jīng)編碼器編碼到起對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼，同時(shí)都給后面

26、的移位寄存器一個(gè)單脈沖的CP信號(hào)。</p><p>　　圖3.5.2 74LS147接線(xiàn)圖</p><p>　　3.5.3數(shù)據(jù)選擇器部分</p><p>　　數(shù)據(jù)選擇器是為了提供移位寄存器的單脈沖CP信號(hào)，使的每次按鍵是不僅給數(shù)字編碼還提供CP信號(hào)以實(shí)現(xiàn)寄存器的存儲(chǔ)和移位功能。74HC151的功能表和引腳圖如圖3.2.1所示。74HC151的數(shù)據(jù)輸入端只有8個(gè)，所以

27、我們選擇兩塊74HC151進(jìn)行級(jí)聯(lián)電路如圖3.5.3所示。</p><p>　　級(jí)聯(lián)后的使能輸入端作為地址端來(lái)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(duì)連接而成。然后兩輸出Y經(jīng)一或門(mén)輸出作為CP信號(hào)輸給寄存器的CLK。</p><p>　　圖3.5.3 兩片74HC151接線(xiàn)圖</p><p>　　3.5.4移位寄存器

28、部分</p><p>　　移位寄存器電路由4片74LS194（雙向移位寄存器）構(gòu)成。功能表如圖3.3.3所示。集成移位寄存器74LS194由四個(gè)RS觸發(fā)器及它們的輸入控制電路組成。除了增加4個(gè)并行輸入端A～D外,還有兩個(gè)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(xiàng)是指串行輸入，數(shù)據(jù)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

29、存器的異步清零；第二行表示當(dāng)RD＝1，CP=1(或0)時(shí)，寄存器處于原來(lái)狀態(tài)；第三行表示為并行輸入同步預(yù)置數(shù)；第四、五行為串行輸入左移；第六、七行為串行輸入右移；第八行為保持狀態(tài)。圖3.3.2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(lái)實(shí)現(xiàn)比分的保持和刷新功能。</p><p>　　圖3.5.4 移位寄存部分</p><p><b>　　

30、3.6.功能模塊</b></p><p>　　記分器電路為本設(shè)計(jì)的主電路，也是重點(diǎn)設(shè)計(jì)的電路。分別由數(shù)字控制鍵盤(pán)、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、移位寄存器、七段數(shù)碼顯示管和強(qiáng)制清零按鈕及甲乙輸分控制開(kāi)關(guān)組成。</p><p>　　設(shè)置0—9十個(gè)數(shù)字輸入鍵盤(pán)，通過(guò)編碼器把十進(jìn)制編譯成二進(jìn)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(jù)選擇器的地址輸入端來(lái)選擇信號(hào)作為移位寄存器的

31、CP信號(hào)來(lái)源，數(shù)碼顯示管通過(guò)輸入寄存器的DCBA來(lái)顯示分?jǐn)?shù)。</p><p><b>　　4.仿真圖</b></p><p><b>　　5.課程設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與要求可以隨時(shí)輸入兩側(cè)的數(shù)字。所以本設(shè)計(jì)沒(méi)有涉及累加功能，而是以隨時(shí)改變兩側(cè)的分?jǐn)?shù)為主。這樣不僅可以用于籃球、排球、乒乓

32、球等競(jìng)賽場(chǎng)合，也可以用于各類(lèi)知識(shí)竟答的記分部分。因?yàn)槊看渭臃值闹悼赡苡泻艽蟮牟煌?，這樣隨時(shí)輸入兩側(cè)數(shù)字的記分板也就顯得應(yīng)用更為廣泛。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，既有用過(guò)的芯片，又有沒(méi)用過(guò)的，只能自己查表，分析功能，即學(xué)即用。感覺(jué)收獲最大的就是在實(shí)現(xiàn)獲得cp脈沖,剛開(kāi)始通過(guò)高低電平的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)，后來(lái)在同學(xué)的幫助下采用數(shù)據(jù)選擇器來(lái)自動(dòng)獲得脈沖，這樣是操作起來(lái)更加方便。畫(huà)完圖后進(jìn)行了一次仿真調(diào)試，但沒(méi)有結(jié)果，只

33、好一條線(xiàn)一條線(xiàn)地查，結(jié)果終于出來(lái)了，又發(fā)現(xiàn)有的地方還應(yīng)改進(jìn)。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我受益頗多。既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，又掌握了常用集成電路芯片的使用。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)了科學(xué)地分析實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)查資料、分析資料及請(qǐng)教老師和同學(xué)等多種途徑，獨(dú)立解決問(wèn)題，同時(shí)，也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。</p><p>　　在這里真摯的感謝在設(shè)計(jì)過(guò)

34、程中幫住過(guò)我的老師和同學(xué)謝謝你們百忙之中對(duì)我辛勤的指導(dǎo)和一些好的建議，謝謝您們！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 熊偉等.《multisim7電路設(shè)計(jì)及仿真應(yīng)用》.北京：清華大學(xué)出版社，2005 .60-97</p><p>　　[2] 閻石等.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》.北京：高等教育出版社，2006.70

35、-149</p><p>　　[3] 趙淑范、王憲偉等.《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》北京：清華大學(xué)出版社，2006.59-84</p><p>　　[4] 侯建軍等.《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》.北京：高等教育出版社，2009. 86-120</p><p>　　[5] 馬建國(guó)等.《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.北京：高等教育出版社，2004.46-83</p><p&

36、gt;<b>　　附1：系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>　　成績(jī)?cè)u(píng)定·</b></p><p>　　一、評(píng)語(yǔ)（根據(jù)學(xué)生答辯情況及其論文質(zhì)量綜合評(píng)定）。</p><p><b>　　二、成績(jī)</b></p><p>　　指導(dǎo)教師簽字：