电子记分板.docx
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电子记分板.docx
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电子记分板
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:
连波
学号:
094412130
专业班级:
0944121
指导老师:
祁林
所在院系:
电气与电子工程系
2014年6月18日
河南城建学院本科课程设计报告
摘要
本设计要求用键盘控制输入比分,具有强制清零零功能。
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,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0~9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0~9十个数字,甲乙各用两个数码管进行显示,所以最高记分为99。
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。
河南城建学院本科课程设计报告
目录
1概述………………………………………………………………………………1
2系统总体方案及硬件设计………………………………………………………2
2.1总体方案……………………………………………………………………2
2.2记分板主电路………………………………………………………………2
2.3设计所需的原件……………………………………………………………3
3各模块设计………………………………………………………………………4
3.1数字键盘部分………………………………………………………………4
3.2编码器部分…………………………………………………………………5
3.3数据选择器部分……………………………………………………………6
3.4移位寄存器部分……………………………………………………………8
3.5显示部分……………………………………………………………………10
4软件仿真…………………………………………………………………………11
4.1软件仿真图…………………………………………………………………11
5课程设计体会……………………………………………………………………12
参考文献……………………………………………………………………………12
附1:
系统原理图…………………………………………………………………13
1概述
1.1在各种比赛中,我们经常会见到电子记分器。
那么这种记分器的原理是什么呢?
其实学过数字电子技术之后,通过亲自进行设计发现工作原理其实很简单。
就是通过将0至9十个数字进行编码,编成二进制代码再通过译码译成数码管所显示数字的代码,从而让数码管显示相对应的数字。
编码器将输入的每一个高、低电平信号编成一个对应的二进制代码,而译码器正好相反是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高,低电平信号或另外一个代码。
数据选择器从一组输入数据中,通过给定不同的地址代码,选出某一个来。
移位寄存器用于寄存一组二进制代码并能实现异步置零、状态保持功能。
七段显示数码管能将二进制代码译成数码管所需要的驱动信号,从而使数码管将十进制数字显示出来。
随着科技突飞猛进的发展,用数字电路进行信号处理的优势也更加突出,尤其在科学与技术方面。
而编码器译、码器数、据选择器、移位寄存器等一些逻辑器件起着关键作用,所以学会使用这些器件非常重要。
在这里通过对器件功能的学习和分析介绍,完成对电路的设计,对数字电子技术有了进一步的了解。
同时也明白了生活中的一些电子产品的工作原理。
2系统总体方案及硬件设计
2.1总体方案
设计出可以随时输入两侧分数,并保持比分显示且有强制清零功能的记分器。
设置0—9十个数字输入键盘,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。
电源部分采用干电池供电。
主记分电路由编码器(74147)、数据选择器(74LS151)、移位寄存器(74194)和显示器(LED)部分组成。
其流程图如图(2.1)所示
编码器
移位寄存器
数字键盘
直流电源
数据选择器
数码管
图2.1
2.2记分器电路
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。
如图(2.2)所示。
设置0—9十个数字输入键盘,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。
图(2.2)
2.3设计所需的元件:
元件
数量(个)
74147(编码器)
1
74LS194(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)
4
74LS04非门
6
74LS32正或门
1
电阻(1KΩ)
10
单刀双掷开关
12
导线
若干
3各模块设计
3.1数字键盘部分
实际中应用键盘来控制数值的输入,这里用单刀双掷开关来替代。
0——9十个开关连接如图(3.1)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(3.1)
3.2.编码部分
编码器选择了74147其功能表如图(3.2.1)所示。
由74147功能表可知,输出DCBA是8421BCD码的反码,因此只要在74147的输出端增加反相器就可以获得所要的输出码。
74147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74147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1—9键分别接74147的9个输入端,0键不接74147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74147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的到起对应的二进制码。
同时通过数据选择器选择都给后面的移位寄存器一个单脉冲的CP信号。
其电路如图(3.2.2)所示
图3.2.2
3.3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。
74LS151的功能表和引脚图如图(3.3.1)所示。
74LS151的数据输入端只有8个,所以我们选择两块74LS151进行级联电路如图(3.3.2)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74LS151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3.3.1
图3.3.2
3.4移位寄存器部分
移位寄存器电路由4片74194(双向移位寄存器)构成。
其功能表如图(3.4.1)所示。
集成移位寄存器74194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A~D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RD=1,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(3.4.2)是74194双向移位寄存器控制端的逻辑功能。
这里我们只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输入功能。
图3.4.1
图3.4.2
移位寄存器部分电路
3.5.显示部分
半导体数码管和液晶管显示器都可以用TTL或CMOS集成电路直接驱动信号。
为此,就需要使用显示译码器将BCD码已成数码管所需要的驱动信号,以便使数码管用十进制数字显示出BCD代码所标示的数值。
所以我们需要选用具有译码功能的显示器。
这里我们选用BCD-七段显示译码器如图(3.5.1)所示,现以A3A2A1A0表示显示译码器输入的BCD码,以Ya~Yg表示输出的7位二进制代码,并规定用1表示数码管中线段的亮点状态,用0表示线段的熄灭状态。
则根据显示字形的要求便得到了真值表如表3.5.2所示。
图3.5.1
4软件仿真
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,后来在一位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】《数字电子技术基础》,阎石,第五版,高等教育出版社,2005;
【2】《现代电子技术设计——Multisim7&Ultiboard》,李良荣,机械工业出版
社,2004;
【3】《电子技术常用器件手册》,陈汝全,机械工业出版社,2004;
附1:
系统原理图
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- 关 键 词:
- 电子 记分