河南城建電子計分板課程設(shè)計

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

2、的建議-（15）五、參考文獻(xiàn) -（16）一、設(shè)計的任務(wù)和要求1、題目：電子計分板2、技術(shù)指標(biāo)與要求： 比分以二位十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行顯示。 使用鍵盤控制輸入狀態(tài)和比分。 具有復(fù)位功能,可以強(qiáng)制輸入兩隊的比分。二、原理電路設(shè)計1、 方案比較方案一：設(shè)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(jìn)制編譯成二進(jìn)制數(shù)碼；利用累加器這種寄存器的工作原理，結(jié)合寄存器的存儲功能，把二進(jìn)制數(shù)碼輸入到7448譯碼器(bcd-七段顯示譯碼器)來驅(qū)動七段數(shù)碼管(bs201a)以達(dá)到顯示分?jǐn)?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(shè)計出可以隨時輸入兩隊比分的記分器。設(shè)置09十個數(shù)

3、字輸入鍵盤，通過編碼器把十進(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?jǐn)?shù)。這種方案設(shè)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(yīng)用場合更為廣泛。綜合以上方案結(jié)合設(shè)計任務(wù)與要求我們選擇了方案二進(jìn)行設(shè)計。2、 單元電路設(shè)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(jié)構(gòu)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(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(qiáng)制清零按鈕及甲乙輸分控制開關(guān)組成。如下圖所示。 設(shè)置09十個數(shù)字輸入鍵盤，通過編碼器把十進(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?jǐn)?shù)。數(shù)字鍵盤部分 實際中應(yīng)用鍵盤來控制數(shù)值的輸入，但這里用單刀雙擲開關(guān)來替代。09 十個開關(guān)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(guān)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(dāng)按下按鍵的那一刻，開關(guān)由高電平轉(zhuǎn)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(jù)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(yīng)的二進(jìn)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(jìn)制轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的二進(jìn)制代碼。具體轉(zhuǎn)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(dāng)74147的9個輸入端都是高電平時，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。所以前面開關(guān)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(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74147各個輸入端都是高電平，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)編碼器編碼對應(yīng)的二進(jìn)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(guān)示意圖 74147的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 數(shù)據(jù)選擇器部分 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下圖所示。74hc151的數(shù)據(jù)輸入端只有8個，所以我們選擇兩塊74hc151進(jìn)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(jīng)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(gòu)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(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。其第一行表示寄存器的異步清零；第二行表示當(dāng)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(yù)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(jìn)制數(shù)碼直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，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(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器兩種。本設(shè)計采用第一種半導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(qiáng)度（每段）150ucd、結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jù)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(guān)）/ 12個導(dǎo)線/若干電源5v1個4、 整體電路見附錄一：5、 電路工作原理當(dāng)我們按下一個數(shù)字鍵時編碼器輸出的二進(jìn)制數(shù)碼輸入到寄存器的并行輸入端。同時按鍵經(jīng)過數(shù)據(jù)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(dāng)

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(guān)于雙方輸分控制鍵；當(dāng)單刀雙擲開關(guān)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(qiáng)制清零鍵的01狀態(tài)實現(xiàn)全部比分的清零。本電路的設(shè)計應(yīng)輸入標(biāo)準(zhǔn)兩位分?jǐn)?shù)即5分時應(yīng)輸入05。三、實驗及仿真 打開multisim11軟件進(jìn)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(diào)試檢查帶來不必要的麻煩。經(jīng)過幾次修改問題得到初步解決。 仿真調(diào)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(jié)果。在經(jīng)過和搭檔的討論和反復(fù)的運(yùn)行中。逐步發(fā)現(xiàn)問題并得到了很好的解決。最終達(dá)到滿意的效果。 六、設(shè)計總結(jié)1、設(shè)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(shè)計思路，但在設(shè)計的幾天里才發(fā)現(xiàn)設(shè)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(xì)分析題目才有了譜。將整個系統(tǒng)根據(jù)不同的功能化分成模塊，再分別進(jìn)行設(shè)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(diào)試檢查

14、帶來不必要的麻煩。經(jīng)過幾次修改問題得到初步解決。仿真調(diào)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(jié)果。在經(jīng)過和搭檔的討論和反復(fù)的運(yùn)行中。逐步發(fā)現(xiàn)問題并得到了很好的解決。最終達(dá)到滿意的效果。 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。最后仿真調(diào)試階段，哪怕一個小小的錯誤也會使結(jié)果出不來。只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(jìn)。經(jīng)過反復(fù)的修改仿真，最終得到了滿意的效果。 通過這次課程設(shè)計學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本思想和方法，提高了動手的能力，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

15、徑，獨立解決問題。在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)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(guān)知識。2、 設(shè)計體會為期一周的電子課程設(shè)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(shè)計以前，覺得課程設(shè)計只是對知識的單純總結(jié)，但是通過這次課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面，課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)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(shè)計使自己明白了原來的那點知識是非常欠缺的，要學(xué)習(xí)的東西還很多，通過這次課程設(shè)計，明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識和綜合素

16、質(zhì)，并將理論與設(shè)計相結(jié)合，學(xué)以致用，不再是紙上談兵。對我們學(xué)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(biāo)準(zhǔn)。在這次課程設(shè)計中，同學(xué)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(xué)的知識實在是有限，不過我們能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢去查閱資料。而且，課程設(shè)計中涉及到的電路圖用了multisim11進(jìn)行設(shè)計和仿真，使我多掌握了一個得力的仿真工具。我在整個設(shè)計過程中懂得了許多東西，當(dāng)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(xué)什么，一定要打好基礎(chǔ)，并將其學(xué)好、學(xué)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(shè)

17、計的能力，樹立了對知識應(yīng)用的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)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(shè)計過程中的成功喜悅。雖然這個設(shè)計做的不是很完美，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。通過這次課程設(shè)計，明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，最重要的是學(xué)過之后要拿出來用，把它真正地變?yōu)樽约旱臇|西，當(dāng)然這還需要努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)，并將理論與實際相結(jié)合，理論與實際同樣重要。另外通過這次課程設(shè)計，使我對數(shù)字電路的一般設(shè)計和功能有了較為宏觀的了解。這次的課程設(shè)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(shè)計上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認(rèn)識，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(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。3、 對設(shè)計的建議個人感覺本次試驗的確有助于學(xué)生更好地理解和掌握課本上的知識，但本次設(shè)計時間上有點倉促，以至于學(xué)生