數(shù)電課程設(shè)計--電子記分板

1、<p>　　電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告</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)計要求用鍵盤控制輸入比分，具有強制清零功能。通過分析設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計要求，思考設(shè)計方案，通過方案對

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

3、的保持和實現(xiàn)強制清零的功能。</p><p>　　甲乙比分通過數(shù)碼管顯示，每個數(shù)碼管能顯示0~9十個數(shù)字，甲乙各用兩個數(shù)碼管進行顯示，所以最高記分為99。此設(shè)計時是由四片相同的74LS194和兩片相同的74HC151和一片74LS147進行連接。在連接時由74LS147的輸出端經(jīng)過非門后于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。在進行設(shè)計時，通

4、過芯片之間的連接來實現(xiàn)實驗的目的，本實驗有相同芯片直接的連接，也有不同芯片直接的連接，通過芯片的輸入與輸出端口之間的連線來進行設(shè)計。在設(shè)計中連接不同時會出現(xiàn)不同的結(jié)果。其原理比較簡單，采用集成電路，容易自制。通過鍵盤控制輸入比分，不僅適用于籃球、排球、網(wǎng)球等一些體育運動比賽，還可用在知識競答等一些比賽，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)計任務(wù)與要求4</p><p>　　1.1.2設(shè)計目的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)計圖7</p><p>　　2.5.所需器件7</p><

7、p>　　3. 各模塊設(shè)計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（十進制數(shù)—BCD編碼器）10</p><p>　　3.5.設(shè)計原理

8、11</p><p>　　3.5.1 數(shù)字鍵盤部分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)計體會17</p><p><b>　　參考文獻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)計任務(wù)與要求</p&

10、gt;<p>　?。?）比分以二位十進制數(shù)進行顯示。</p><p>　?。?）使用鍵盤控制輸入狀態(tài)和比分。 </p><p>　?。?）具有復(fù)位功能，可以強制輸入兩隊的比分。</p><p><b>　　1.1.2設(shè)計目的</b></p><p>　　(1)進一步掌握數(shù)字電子技術(shù)課程所學(xué)的理論知識。<

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，進一步學(xué)會使用其進行電路設(shè)計。</p><p>　　(3)了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本思想和方法，學(xué)會科學(xué)分析和解決問題。</p><p>　　(4)培養(yǎng)認真嚴(yán)謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實事求是的工作態(tài)度。</p><p><b>　　1.2 發(fā)展前景</b></p&

12、gt;<p>　　在各類學(xué)?；@球、排球、乒乓球等競賽場合經(jīng)常要用到記分器，在電視臺等大型場合中的智力搶答是智能搶答器和記分器及智能評分器結(jié)合在一起的一個系統(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合用到的只是一個記分器。記分器不但在以上場合取到很大的作用，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)字電路具有電路簡單、可靠性高、成本低等優(yōu)點，本設(shè)計就以數(shù)字電路為核心設(shè)計智能記分器。</p><p><b>　　系統(tǒng)方案及硬件設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1.總體框圖</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　設(shè)計出加減輸入

14、1分，2分，3分，5分的智能加減記分器，把按鍵的輸入信號通過編碼器把十進制編譯成二進制數(shù)碼；利用累加器原理，結(jié)合寄存器的存儲功能，把二進制數(shù)碼輸入到7448譯碼器來驅(qū)動七段數(shù)碼管以達到顯示分數(shù)的目的。這種方案設(shè)計出的記分器適用于各類學(xué)校籃球、排球、乒乓球等競賽場合。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　設(shè)計出可以隨時輸入兩側(cè)分數(shù)的智能記分

15、器。設(shè)置0—9十個數(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(jù)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(shè)計出的記分器不僅適用各類學(xué)校籃球、排球、乒乓球等競賽場合而且可以作為各類知識竟答搶答器的記分部分。應(yīng)用場合更為廣泛。</p><p>　　綜合以上方案結(jié)合設(shè)計技術(shù)指標(biāo)與要求我們選擇了

16、方案二進行設(shè)計。</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是控制一方分數(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接在單刀雙擲開關(guān)，進行高低電平的轉(zhuǎn)換事項強制清零功能。四片CP脈沖信號輸入端接至數(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關(guān)。U7、U9的控制端S0 、S1也接在一起然后接一非門后與前兩集成片接在同一單刀雙擲開關(guān)上。來實現(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)計圖</b></p><p>　　圖2.4 總體設(shè)計圖</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</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>　　芯片簡述：集成多路選擇器741HC

21、51具有8個輸入信號D0—D8，一對互補輸出信號Y和W，三個數(shù)據(jù)選擇信號C、B、A和使能信號G。若G=0，多路選擇器工作正常，否則說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)計原理</b></p><p>　　3.5.1 數(shù)字鍵盤部分</p><p>　　實際中應(yīng)用數(shù)字鍵盤來控制數(shù)值的輸入，這里用單刀雙擲開關(guān)來替代。0——9十個開關(guān)連接如圖3.5.1所示。工作中由于后面電路的要求，開關(guān)平時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，來觸發(fā)編碼器和數(shù)據(jù)

24、選擇器工作。</p><p>　　圖3.5.1 開關(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個數(shù)字鍵要輸入，觀察功能表就可以看出當(dāng)74LS147的9個輸入端都是高電平時，輸出的二進制碼經(jīng)反相器后就是要得到的0的二進制8421BCD碼，所以前面開關(guān)電路的1—9鍵分別接74LS147的9個輸入端，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。工作中按“0”鍵時由于74LS147各個輸入端都是高電平，則輸出經(jīng)反相后就是“0”的二進制碼。其他的數(shù)字經(jīng)編碼器編碼到起對應(yīng)的二進制碼，同時都給后面

26、的移位寄存器一個單脈沖的CP信號。</p><p>　　圖3.5.2 74LS147接線圖</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，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圖3.2.1所示。74HC151的數(shù)據(jù)輸入端只有8個，所以

27、我們選擇兩塊74HC151進行級聯(lián)電路如圖3.5.3所示。</p><p>　　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。然后兩輸出Y經(jīng)一或門輸出作為CP信號輸給寄存器的CLK。</p><p>　　圖3.5.3 兩片74HC151接線圖</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A～D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(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，寄存器處于原來狀態(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實現(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)計的主電路，也是重點設(shè)計的電路。分別由數(shù)字控制鍵盤、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、移位寄存器、七段數(shù)碼顯示管和強制清零按鈕及甲乙輸分控制開關(guān)組成。</p><p>　　設(shè)置0—9十個數(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(jù)選擇器的地址輸入端來選擇信號作為移位寄存器的

31、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)。</p><p><b>　　4.仿真圖</b></p><p><b>　　5.課程設(shè)計體會</b></p><p>　　本次課程設(shè)計技術(shù)指標(biāo)與要求可以隨時輸入兩側(cè)的數(shù)字。所以本設(shè)計沒有涉及累加功能，而是以隨時改變兩側(cè)的分數(shù)為主。這樣不僅可以用于籃球、排球、乒乓

32、球等競賽場合，也可以用于各類知識竟答的記分部分。因為每次加分的值可能有很大的不同，這樣隨時輸入兩側(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(xué)即用。感覺收獲最大的就是在實現(xiàn)獲得cp脈沖,剛開始通過高低電平的切換來實現(xiàn)，后來在同學(xué)的幫助下采用數(shù)據(jù)選擇器來自動獲得脈沖，這樣是操作起來更加方便。畫完圖后進行了一次仿真調(diào)試，但沒有結(jié)果，只

33、好一條線一條線地查，結(jié)果終于出來了，又發(fā)現(xiàn)有的地方還應(yīng)改進。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，使我受益頗多。既鞏固了課堂上學(xué)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(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本思想和方法，學(xué)會了科學(xué)地分析實際問題，通過查資料、分析資料及請教老師和同學(xué)等多種途徑，獨立解決問題，同時，也培養(yǎng)了我認真嚴(yán)謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。</p><p>　　在這里真摯的感謝在設(shè)計過

34、程中幫住過我的老師和同學(xué)謝謝你們百忙之中對我辛勤的指導(dǎo)和一些好的建議，謝謝您們！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 熊偉等.《multisim7電路設(shè)計及仿真應(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)實驗與課程設(shè)計》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)實驗》.北京：高等教育出版社，2009. 86-120</p><p>　　[5] 馬建國等.《電子系統(tǒng)設(shè)計》.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>　　成績評定·</b></p><p>　　一、評語（根據(jù)學(xué)生答辯情況及其論文質(zhì)量綜合評定）。</p><p><b>　　二、成績</b></p><p>　　指導(dǎo)教師簽字：