数电课程设计电子记分板.doc

河南城建学院本科课程设计报告 河南城建学院电子技术基础课程设计报告电子记分板 姓 名： 王露 学 号： 091411304 专业班级： 电气工程及其自动化 指导老师： 贺伟 所在院系： 电气与信息工程学院 2013年6月26日20摘要本设计要求用键盘控制输入比分，具有强制清零功能。通过分析设计内容和设计要求，思考设计方案，通过方案对比，得出可行方案、最优方案。根据方案进行模块设计，大体上为开关部分、编码部分和地址选择部分，经过查阅资料和老师指导完成各模块的设计，模块完成之后连接整体电路。最后对设计的电路进行软件仿真，经过多次仿真实现了设计要求，实现了其功能。设计原理和方法是：首先要通过编码器将09这十个数字编成相对应四位二进制代码；再通过译码器将四位二进制代码译成相对应的数字，并显示出来 ，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。甲乙比分通过数码管显示，每个数码管能显示09十个数字，甲乙各用两个数码管进行显示，所以最高记分为99。此设计时是由四片相同的74LS194和两片相同的74HC151和一片74LS147进行连接。在连接时由74LS147的输出端经过非门后于74LS194的输入端相连，然后，74LS194的输出端分别和LED灯相连和下一片的74LS194输入端相连。在进行设计时，通过芯片之间的连接来实现实验的目的，本实验有相同芯片直接的连接，也有不同芯片直接的连接，通过芯片的输入与输出端口之间的连线来进行设计。在设计中连接不同时会出现不同的结果。其原理比较简单，采用集成电路，容易自制。通过键盘控制输入比分，不仅适用于篮球、排球、网球等一些体育运动比赛，还可用在知识竞答等一些比赛，其应用比较广泛。关键词：编码器，译码器，LED数码管目录摘要2目录31.1 设计任务与要求41.1.2设计目的41.2 发展前景42. 系统方案及硬件设计52.1.总体框图52.2.电路的连接62.3.显示部分62.4.总体设计图72.5.所需器件73. 各模块设计81.74LS0483.2.74HC151（数据选择器）83.3.74LS194 （移位寄存器）93.4.74LS147（十进制数BCD编码器）103.5.设计原理113.5.1 数字键盘部分113.5.2 编码部分123.5.3数据选择器部分133.5.4移位寄存器部分143.6.功能模块154.仿真图165.课程设计体会17参考文献18附1：系统原理图191.概述1.1 设计任务与要求（1）比分以二位十进制数进行显示。（2）使用键盘控制输入状态和比分。 （3）具有复位功能，可以强制输入两队的比分。1.1.2设计目的(1)进一步掌握数字电子技术课程所学的理论知识。(2)熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。(3)了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。(4)培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。1.2 发展前景在各类学校篮球、排球、乒乓球等竞赛场合经常要用到记分器，在电视台等大型场合中的智力抢答是智能抢答器和记分器及智能评分器结合在一起的一个系统，其利用的是大型显示屏显示数字。而在篮球比赛等不需要抢答的场合用到的只是一个记分器。记分器不但在以上场合取到很大的作用，而且在现代制造业中也有很重要的作用。现代电子技术的飞跃发展，各类智能化产品相应而出，智能记分器也不例外；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记分器。2. 系统方案及硬件设计2.1.总体框图方案一：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的智能记分器。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。主记分电路由编码器（74LS147）、数据选择器（74HC151）、移位寄存器（74LS194）和显示器（LED）部分组成。如图2.1所示图2.1 主记分电路2.2.电路的连接移位寄存部分集成片U6、U8是控制一方分数。U7、U9控制另一方。U6和U7并行输入端都接编码器的输出端，U8、U9的并行输入端分别接对应一方的上片寄存器并行输出端。四片74LS194清零端RD接在单刀双掷开关，进行高低电平的转换事项强制清零功能。四片CP脉冲信号输入端接至数据选择器输出端。集成片U6、U8的控制端S0、S1接在一起然后接在单刀双掷开关。U7、U9的控制端S0 、S1也接在一起然后接一非门后与前两集成片接在同一单刀双掷开关上。来实现两方的比分输入状态。2.3.显示部分常用的显示器件有液晶显示(LCD）、发光二极管显示(LED)等。LCD显示体积小、功耗低，但亮度不高。LED数码管是把发光二极管制成条状，再按一定方式连接，组成8，使用时让某些笔段上的发光二极管发亮，即可组成0-9的一系列数字。 2.4.总体设计图图2.4 总体设计图2.5.所需器件表2.5 所需器件表元件数量（个）74147（编码器）174LS194（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）474LS04非门6 74LS32正或门1 电阻 （1K）10 单刀双掷开关12导线若干3.各模块设计1.74LS04 表3.1 74LS04功能表输入输出AQLHHL3.2.74HC151（数据选择器）表3.2.1 74HC151功能表输入输出使能选择ENC B AY WHX X XL HLL L LD0LL L HD1LL H LD2LL H HD3LH L LD4LH L HD5LH H LD6LH H HD7图3.2.2 74HC151内部结构图 芯片简述：集成多路选择器741HC51具有8个输入信号D0D8，一对互补输出信号Y和W，三个数据选择信号C、B、A和使能信号G。若G=0，多路选择器工作正常，否则说路选择器输出低电平。3.3 .74LS194（移位寄存器)表3.3.1 74194功能表序号清零RD输入输出控制信号串行输入时钟脉冲CP并行输入QDQCQBQAS1S0DS1DSRDCBA1LLLLL2HH(L)QDQCQBQA3HHHDCBADCBA4HHLHHQDQCQB5HHLLLQDQCQB6HLHHQCQBQAH7HLHLQCQBQAL8HLHQDQCQBQA图3.3.2 74LS194内部引脚图表3.3.3 74LS194功能表控制信号完成的功能S1S200保持01右移10左移11并行输入3.4.74LS147（十进制数BCD编码器）下面是74147的引脚图：图3.4.1 74LS147引脚图表3.4.2 74LS147功能表图3.4.3 74LS147的内部结构图3.5.设计原理3.5.1 数字键盘部分实际中应用数字键盘来控制数值的输入，这里用单刀双掷开关来替代。09十个开关连接如图3.5.1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3.5.1 开关连接图3.5.2编码部分编码器选择了74LS147其功能表如图3.4.2所示，由74LS147功能表可知，输出DCBA是8421BCD码的反码，因此只要在74LS147的输出端增加反相器就可以获得所要的输出码。74LS147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74LS147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74LS147的9个输入端，0键不接74LS147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74LS147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到起对应的二进制码，同时都给后面的移位寄存器一个单脉冲的CP信号。图3.5.2 74LS147接线图3.5.3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。74HC151的功能表和引脚图如图3.2.1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3.5.3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。图3.5.3 两片74HC151接线图3.5.4移位寄存器部分移位寄存器电路由4片74LS194（双向移位寄存器）构成。功能表如图3.3.3所示。集成移位寄存器74LS194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3.3.2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。图3.5.4 移位寄存部分3.6.功能模块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。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。4.仿真图5.课程设计体会本次课程设计技术指标与要求可以随时输入两侧的数字。所以本设计没有涉及累加功能，而是以随时改变两侧的分数为主。这样不仅可以用于篮球、排球、乒乓球等竞赛场合，也可以用于各类知识竟答的记分部分。因为每次加分的值可能有很大的不同，这样随时输入两侧数字的记分板也就显得应用更为广泛。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。感觉收获最大的就是在实现获得cp脉冲,刚开始通过高低电平的切换来实现，后来在同学的帮助下采用数据选择器来自动获得脉冲，这样是操作起来更加方便。画完图后进行了一次仿真调试，但没有结果，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。通过这次课程设计，使我受益颇多。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。在这里真挚的感谢在设计过程中帮住过我的老师和同学谢谢你们百忙之中对我辛勤的指导和一些好的建议，谢谢您们！参考文献1 熊伟等.multisim7电路设计及仿真应用.北京：清华大学出版社，2005 .60-972 阎石等.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006.70-1493 赵淑范、王宪伟等.电子技术实验与课程设计北京：清华大学出版社，2006.59-844 侯建军等.电子技术基础实验.北京：高等教育出版社，2009. 86-1205 马建国等.电子系统设计.北京：高等教育出版社，2004.46-83附1：系统原理图U174LS151NW6D04D13D22D31D415D514D613D712A11C9B10Y5G7U274LS151NW6D04D13D22D31D415D514D613D712A11C9B10Y5G7U374147NA9B7C6D143134152212111857463910U12DCD_HEXU11DCD_HEXU10DCD_HEXU9DCD_HEXR11k?R21k?R31k?R41k?R51k?R61k?R71k?R81k?R91k?R101k?VCC5VU674LS194NA3B4C5D6SL7QA15QB14QC13QD12SR2CLR1S09S110CLK11U774LS194NA3B4C5D6SL7QA15QB14QC13QD12SR2CLR1S09S110CLK11U574LS194NA3B4C5D6SL7QA15QB14QC13QD12SR2CLR1S09S110CLK11U474LS194NA3B4C5D6SL7QA15QB14QC13QD12SR2CLR1S09S110CLK11U15A74LS04NU15B74LS04NU15C74LS04NU15D74LS04