课程设计篮球比赛计分器.docx
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课程设计篮球比赛计分器
1.设计题目:
篮球比赛计分器。
2.设计内容和要求:
根据篮球比赛的实际情况,有得1分,2分,3分的情况。
设计一个篮球比赛计分器,电路要有加分和显示功能,同时记录双方的比赛得分。
3.设计目的:
(1)掌握各种进制计数器的功能和使用方法,学会构造不同进制计数器的原理和方法。
进一步了解和掌握计数器的工作原理情况。
(2)掌握七段显示译码管的使用方法,以及译码器显示电路的使用。
(3)熟悉集成数字芯片的内部结构及应用,包括各种门电路芯片,计数器芯片,译码器芯片等的内部结构,以及连接方法。
(4)了解和掌握各种芯片连接组合形成各种不同功能的方法,掌握篮球比赛计分器的组成结构以及工作情况。
4.设计原理:
篮球比赛中实际得分情况有1分,2分和3分。
根据不同的得分情况,可采用一次产生不同脉冲的方法来实现不同加分情况的加分功能。
重点是2分和3分加分电路的设计。
为了更符合实际情况的使用,以及更具有比较好的纠错能力。
此次设计电路应该含有计分清零和减分的功能。
在裁判出现误判的情况下,可以通过加减分数开关来实现加分或减分功能。
电路原理框图:
5.单元电路设计:
根据实际生活中的篮球比赛情况,通常只需要电路能够记录分数达到三位数即可,其次,由于比赛双方计分电路均相同。
因此,设计时可只针对一方设计,实际应用时组合即可。
为了实现电路的相应功能,选用74LS192集成十进制计数器进行加减分数。
电路的显示部分选用七段译码管,和七段显示译码器74LS48来实现,加减分电路可选用74LS161,74LS160等计数器芯片来实现(具备计数、置数和清零功能即可)。
为了使电路涉及到的芯片尽可能的少,所以,此次电路设计直接选用74LS192来实现。
74LS192相应的功能表如下:
输入
输出
CR
CPu
CPd
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
D3
D2
D1
D0
D3
D2
D1
D0
0
1
↑
1
×
×
×
×
递增计数
0
1
1
↑
×
×
×
×
递减计数
0
1
1
1
×
×
×
×
保持
5.1显示电路:
直接用七段译码管和译码器结合实现分数显示,相应引脚
,
,
全部接高电平即可。
5.2 清零电路:
通过控制74LS192的异步清零端CR高低电平的切换即可达到对电路的清零功能。
连接时将三块192芯片的CR端均引出至清零开关即可。
5.31分电路:
对于电路加1分的功能,可直接控制高低电平的输入,使计数器递增计数或递减计数,从而达到加1分的目的。
5.42分电路:
针对电路加2分的功能,可通过使计数器一次产生2个脉冲信号来实现:
如上图,当电路从0000计数到0011时,LD变为0,同时CR也为0,电路输出为D3D2D1D0=0011,于是此时,计数器不再计数,输出始终为0011。
当按下加分开关(J7)时,CR变为1,计数器清零,输出QaQbQcQd=0000,此时
变为1.。
当开关弹起,CR变为0(此时
=1),于是计数器达到计数条件,在接下来的上升沿脉冲,计数器便开始从0000计数。
相应的Qa从0,1变化,产生两个上升沿脉冲。
直至计数到0011,又停止,重复上述过程。
5.5 3分电路:
对于加3分功能的实现,电路设计基本原理和加2分电路几乎相同,同样通过一次产生3脉冲信号来实现:
如图,电路工作原理和2分电路无异。
同样从0000计数一直到0101,相应的Qa在0,1变化,产生3个上升沿脉冲。
当计数到0101时,计数器停止计数。
按下加分按钮,计数清零,重新又从0000到0101,如此循环
5.6加减置换开关设计:
鉴于74LS192加减数是由上升沿脉冲触发,且加数时,减数引脚须接高电平,减数时,加数引脚须接高电平。
因此,从芯片的up和down引脚直接引出接至两个或门,两个门的输入分别引出一个脚接至置数开关,开关控制接入高电平(电源),两个门的另外两个脚引出接至计数脉冲的输入端。
当开关接至up端(加数),up引脚始终输入1,down引脚的输入由0和输入脉冲的或运算决定,因此down引脚的输入完全取决于输入信号,则电路实现了减数功能。
相反,当开关接至down端(减数),down引脚始终输入1,up引脚的输入完全取决于输入信号脉冲,则电路实现了加数的功能。
6.总电路全面设计:
在1,2,3分加分电路设计完成,以及清零和加减数开关功能设计完成后,按照不同的模块完成电路连接。
由于加分电路由上升沿脉冲触发,且未加分时1,2,3分电路的输入始终保持1状态,因此,将1,2,3分加分电路的输出直接引出,接至三输入与门,最后接入计数即可完成不同的加减计分功能。
至此,电路设计已基本完成。
总仿真电路:
Protel原理图绘制:
7.PCB版图绘制:
(1)根据电路仿真设计图,在Protel中绘制电路原理图。
(2)完成原理图绘制之后,对各个元器件进行命名和封装。
由于Protel99se没有对七段显示译码管的PCB封装,因此,须通过手动绘制封装。
(3)在完成元器件的命名和封装后,导出网络表,根据网络表,载入到PCB文档中。
(4)在PCB中完成元器件的布局,最终完成PCB板的布线以及覆铜工作。
TopLayer:
ButtomLayer:
PCB布线图:
覆铜后的PCB版图:
8.所用到的元器件:
(1)七段显示译码管,3块。
(2)74LS48,3块。
(3)74LS192, 5块。
(4)74LS00,1块。
(5)74LS32,1块。
(6)74LS11,1块。
(7)点触开关,4块。
(8)单刀双掷开关,1个。
9.芯片引脚图:
74LS192:
74LS00:
74LS48:
74LS32:
74LS11:
10.电路设计总结:
最开始面对题目时,对整个设计的过程还是有一个全面的构思,对计数计分的原理还是比较清晰。
电路加一分的功能也按照最初所想,比较容易的设计了出来。
但是,当设计加2分以及3分电路时,便遇上了一些麻烦。
曾想过用计数器串联来连续加数,但经过测试没有达到所想的要求,于是,又从计数的真值表,通过卡诺图等来分析,还是没有头绪。
后又多次尝试不同方法,也没有成功。
最后才想到用通过控制产生计数脉冲的方法来实现不同的加分功能。
究其原因,主要是由于之前所考虑的过于复杂。
随后,便通过计数器的功能表,来设计限制一次产生的脉冲个数,从而实现不同的加分功能。
在加分电路设计完成之后,为更符合实际的使用需要,便开始考虑电路的清零和减数功能,清零电路的设计还是比较容易。
但加减分置换开关的设计需结合所有的加分电路来实现。
因此,在理解了不同加分电路的结构之后,从计数器的加减分引脚出发,通过分析从而确定了加减分置换开关的设计,其中涉及到一些门电路的使用。
在电路原理图设计完成以及仿真结果也正确后,通过Protel来绘制原理图以及PCB板时,也遇到了一些麻烦。
主要是在于Protel99se中对有些元器件没有封装库,比如开关、译码管等。
遂又经过查阅相关资料,通过网络等途径,学习自制元器件封装库的方法,以及Protel的一些其他功能,以及对Protel快捷键的使用。
总的来说,此次设计不仅让我更加熟悉了计数器,译码器等的引脚分布以及不同引脚的不同功能,也让我掌握了电路设计的一些方法,包括构思,设计,验证,以及纠错。
同时,更加巩固了以前所学过的知识,对时序逻辑电路和组合逻辑电路的分析以及设计方法又更加的熟悉,并且掌握了电路设计的一般步骤。
在电路设计过程中所遇到的一些相关问题,也锻炼了自己的能力。
另外,通过设计过程中的练习,对Multisim仿真软件以及Protel的使用也更加的熟练。
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- 关 键 词:
- 课程设计 篮球比赛 计分