課程設(shè)計（論文）籃球比賽計分顯示器的設(shè)計

1、目 錄一 設(shè)計目的 2二 設(shè)計任務(wù)與要求 2三 設(shè)計原理及框圖3四 元件清單及器件說明5五 電路設(shè)計過程7六 仿真調(diào)試過程12七 設(shè)計過程心得與體會 14 八 參考文獻 15 附總電路圖15一. 設(shè)計目的使學(xué)生對電子的一些相關(guān)知識有感性認識，加深電類有關(guān)課程的理論知識；掌握電子元件的焊接、電氣元件的安裝、連線等基本技能，培養(yǎng)學(xué)生閱讀電氣原理圖和電子線路圖的能力。并在生產(chǎn)實踐中，激發(fā)學(xué)生動手、動腦、勇于創(chuàng)新的積極性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹、認真、踏實、勤奮的學(xué)習(xí)精神和工作作風(fēng)，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。二. 設(shè)計任務(wù)與要求籃球比賽計分顯示器的設(shè)計基本要求：（1）電路具有加1分、加2分、加3分功能

2、。（2）電路具有減分功能。（3）顯示總分功能，用三位led顯示器，最高可現(xiàn)實999。（4）顯示器可清零。三. 設(shè)計原理及框圖1. 電路設(shè)計原理對應(yīng)籃球比賽規(guī)則計分的系統(tǒng)的要求，籃球計分有1分、2分和3分的情況，通過對電路輸入一個脈沖、兩個脈沖、三個脈沖，使得計數(shù)器對分數(shù)進行統(tǒng)計，這需要三個脈沖分路。利用74ls160工作時的計數(shù)原理，當(dāng)相應(yīng)分數(shù)開關(guān)按下時74ls160正常工作，分別將一個（0000-0001）、兩個（0000-0001、0010-0011）、三個（0000-0001、0010-0011、0100-0011）上升沿脈沖給74ls190，完成脈沖輸入后，74ls160停止工作（使能

3、端輸入低電平），從而完成計分操作。由于須有三個獨立的脈沖輸入，所以對于計分電路使用三片74ls160對于加分或減分操作，由于74ls192時可逆的十進制計數(shù)器，所以通過將脈沖接至74ls192的up或down端，而另一個置高，從而實現(xiàn)加分與減分功能。由于74ls192是十進制計數(shù)器最高可顯示9，而要求最高計數(shù)為999，所以使用三片74ls192，分別由低位192進位或借位向高位192的up或down端輸入進位或借位脈沖，從而實現(xiàn)個位、十位、百位之間的進位借位轉(zhuǎn)換，使得最高計數(shù)為999對于擴展部分，有比賽總時間電路，24s持球時間電路以及20秒短暫停電路，此三部分與計分電路（74ls160）共用

4、同一時鐘脈沖，由于計分電路所用時鐘脈沖較高，故采用74ls161的qd端對時鐘脈沖實現(xiàn)16分頻作為計時部分時鐘完一節(jié)，有警報提示并伴隨燈亮通知，進入休息時間，此段時間不予計算。其次為每隊持球進攻的時間為二十四秒，與總時間同步，此段計時電路具有重置開關(guān)，可對比賽球隊進行持球時間判斷。再次為二十秒暫停時間，可用于比賽球隊叫停，進行戰(zhàn)術(shù)調(diào)整等，此時切換至?xí)和ｋ娐罚偟褂嫊r和持球時間暫停工作，當(dāng)暫停時間完后，再次切換至總場時間電路。2. 系統(tǒng)框圖百位計分電路十位計分電路加減分數(shù)開關(guān)置換控制二分時鐘脈沖產(chǎn)生電路控制三分時鐘脈沖產(chǎn)生電路控制一分時鐘脈沖產(chǎn)生電路清零開關(guān)個位計分電路圖1 計分原理框圖 開關(guān)：

5、當(dāng)暫停時總時間 、24s電路停止計時時間不變，當(dāng)暫停結(jié)束恢復(fù)計數(shù)，20秒電路清零.20秒短暫停電路24s電路時鐘脈沖分頻電路比賽總時間電路 圖2 擴展部分原理框圖四. 元件清單及器件說明1. 元件清單表1 仿真實驗器材元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量u1、u2、u3、u15、u16、u17、u18、u19、u32、u33、u39、u4074ls192 12u9、u10、u1174ls160 3u25 74ls161 1u4、u5、u6、u20、u21、u22、u23、u24、u29、u30、u41、u43dcd-hex 12j1、j2、j3、j4、j5、j6、j7、j8、j9、j10 swich 10

6、u35、u36、u37、u45 sonalert5v 1000h 4led1、led2、led3、led4 led 4r1、r2、r3、r4 電阻 400歐 4u8、u12、u26、u27、u28、u34、u42、u44 7404 8u38、u46 74ls86 2u13、u14 74ls01 2u7 74ls27 1u30 74ls08 12. 器件引腳圖及真值表（1）74ls19274ls192是雙時鐘十進制同步可逆計數(shù)器。它的特點是有兩個時鐘脈沖（計數(shù)脈沖）輸入端cpu和cpd。在cr=0、=1的條件下計數(shù)，作加計數(shù)時，令cpd=1，計數(shù)脈沖從cpu輸入；作減計數(shù)時，令cpu=1，計數(shù)脈

7、沖從cpd輸入。當(dāng)清零信號cr=1時，不管時鐘脈沖的狀態(tài)如何，計數(shù)器的輸出將被直接置零；當(dāng)rd=0，ld=0時，不管時鐘脈沖的狀態(tài)如何，將立即把預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端a、b、c、d的狀態(tài)置入計數(shù)器的、q端，稱為異步預(yù)置數(shù)。74ls192是可逆的十進制計數(shù)器，有16個引腳，通過控制各個引腳的高低電平可以實現(xiàn)遞加，遞減，保持等功能。其管腳圖如下： 圖3 74ls192引腳圖74192引腳說明：vcc、gnd： 電源引腳。p0、p1、p2、p3：并行置數(shù)數(shù)據(jù)輸入端。： 借位輸出端（低電平有效）。： 進位輸出端（低電平有效）。 cpd： 減計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效）。cpu:：加計數(shù)時鐘輸入端（上升沿有效）

8、。：異步并行置數(shù)使能端（低電平有效）。cr： 異步清零端（高電平有效）。q0、q1、q2、q3：計數(shù)輸出端（q0低位）。表2 74192功能表輸入輸出清零置數(shù)加計數(shù)減計數(shù)數(shù)據(jù)qaqbqcqdclrloadupdownabcd1000000d0d1d2d3d0d1d2d3011遞增計數(shù)011遞減計數(shù)011保持（2）74ls16074ls160是十進制計數(shù)器，共有17個引腳，有固定的時鐘脈沖輸入端，且具有兩個使能端，有計數(shù)、保持功能。其引腳圖如下： 圖3 74ls160引腳圖74ls160引腳說明：vcc 、gnd：電源引腳。p0、p1、p2、p3：并行置數(shù)數(shù)據(jù)輸入端。cep、cet/enp、en

9、t：計數(shù)使能端。mr/clr：清零端（高電平有效）。q0、q1、q2、q3：計數(shù)輸出端。cp：時鐘脈沖輸入端。load：置數(shù)使能端（低電平有效）。表3 74160功能表：clkclrloadenpent工作狀態(tài)0置零10預(yù)置數(shù)1101保持110保持(但c=0)1111計數(shù)五. 電路設(shè)計過程1. 單元的電路的設(shè)計及電路圖（1）計分電路 圖4 計分電路圖該部分有比賽開始提醒、清零電路，當(dāng)j3閉合，分數(shù)清零，有報警、燈亮提醒比賽開始。從電路圖可知，此部分電路是由三片74ls192與三片74ls160組成的時序邏輯電路，對一分鍵電路，在u9上，當(dāng)從0000變化到0001時，qa通過非門接到enp與en

10、t，clr與load則通過一個開關(guān)來控制，j4閉合計數(shù)器160（u9）開始工作，當(dāng)?shù)竭_0001的時候，經(jīng)過qa非門出來的為零，使它保持0001的狀態(tài)不變， qa輸出的則是一個脈沖(由00000001)經(jīng)三輸入或門（用74ls86與74ls04代替）輸入74ls192，計數(shù)器74192遇一個上升沿計數(shù)端改變1，從而完成對一分的控制。對二分鍵電路，在u10上，當(dāng)從0000變化到0011時，qa與qb通過與非門接到enp與ent，clr與load則通過一個開關(guān)來控制，j5閉合計數(shù)器160（u10）開始工作，當(dāng)?shù)竭_0011的時候，經(jīng)過qa與qb的與非門出來的為零，使它保持0011的狀態(tài)不變， qa輸出

11、的則是兩個脈沖（由00000001、00100011）經(jīng)三輸入或門（用74ls86與74ls04代替）輸入74ls192，計數(shù)器74192遇二個上升沿計數(shù)端改變2，從而完成對二分的控制。對三分鍵電路，在u11上，當(dāng)從0000變化到0101時，qa與qc通過與非門接到ent與enp，clr與load則通過一個開關(guān)來控制，j6閉合計數(shù)器160（u11）開始工作，當(dāng)?shù)竭_0101的時候，經(jīng)過qa與qc的與非門出來的為零，使它保持0101的狀態(tài)不變， qa輸出的則是三個脈沖(由00000001、00100011、01000101) 經(jīng)三輸入或門（用74ls86與74ls04代替）輸入74ls192，計數(shù)

12、器74ls192遇三個上升沿計數(shù)端改變3，從而完成對三分的控制。通過雙向開關(guān)切換電路控制加法電路和減法電路，將vcc通過兩個雙向開關(guān)接至u3的up或down端(仿真時用一個字母控制兩個雙向開關(guān))，當(dāng)vcc接up時為加法部分，將vcc接至u3的down端，為減法部分。從而控制比賽分數(shù)的加減。開關(guān)j3控制u1、u2、u3的clr端與電源相接，當(dāng)開關(guān)閉合時，分數(shù)置零，開始重新計數(shù)。（注：實際蜂鳴器由三極管驅(qū)動）（2）比賽總時間電路（擴展） 圖5 總時間電路圖 比賽開始對u15、u16與u19分別進行預(yù)置數(shù)為0001、0010與0001，使得分鐘部分顯示為12，節(jié)次顯示為1。對u17與u18清零，其主

13、要通過比賽開始開關(guān)j3通過非門控制兩部分，非門之前控制清零端，非門之后控制置數(shù)端，使得總定時電路顯示為12分鐘。給一時鐘脈沖(與計分電路使用同一時鐘通過74ls160 qd端進行16分頻)由74160 的qd端接至u18的down端，u18的bo端輸出至秒十位的u17的down端，進行60秒倒計時。再將u17秒十位的bo輸出接至分u16的down端,進行分鐘倒計時，分u16的bo輸出端接至十位u15的dowm端。將u15的bo端接至u19的up端，使其節(jié)數(shù)增加，逐節(jié)遞增至五后回歸1重新開始另一場球賽的倒計時，與此同時每節(jié)結(jié)束后up端接收到的信號接至蜂鳴器與發(fā)光led告知每節(jié)結(jié)束，即每節(jié)結(jié)束時伴

14、隨著聲音提示與燈光提醒。（3）持球、暫停時間電路（擴展） 圖6 持球、暫停電路圖從上電路圖左側(cè)部分可知，持球時間部分電路是將u39預(yù)置數(shù)為0010為2，將u40預(yù)置為0100為4，將u39的qd輸出一個非門后接在u39與u40的load上進行循環(huán)置數(shù)，而將j9接至u45的一端，u46（異或門）的另一端接至電源比賽開始開關(guān)j3上，開始時電源開關(guān)j3（清零端）閉合為高電平，而j9斷開為低電平，故u46輸出端為高電平接至u39與u40的清零端進行清零，j3斷開，u46接至j3端的引腳為低電平，當(dāng)j9閉合u46輸出為高電平進行換隊時清零，而這樣就形成了24秒的倒計時電路，可進行二十四秒重置數(shù)。當(dāng)24秒

15、結(jié)束后，有二十四秒違例警報，即當(dāng)u44輸出低電平時，蜂鳴器發(fā)聲led燈亮發(fā)出報警。有右側(cè)電路圖可知，短暫停部分為兩片74192組成的時序電路，有電路圖知j8單刀雙擲開關(guān)一端接至高電平，另兩端中一端接至總時間與24秒電路(總時間電路)的up段，另一端接至20秒電路的up端來控制兩部分電路哪部分運行。當(dāng)j8打向上側(cè)時，則總時間電路up端為高電平，故前一部分電路正常運行。反之，則前一部分電路暫停，后一部分電路正常工作。由24秒控制十秒部分的74192的qd經(jīng)反相器接至load，當(dāng)循環(huán)一次時進行置數(shù)，與此同時蜂鳴器發(fā)出警報告燈亮告知暫停時間到，這一部分異或門與前一部分24秒電路用法相同。當(dāng)前一部分正常

16、工作時對后一部分20秒暫停電路清零，當(dāng)后一部分電路正常工作時，前一部分電路（總時間電路與24秒倒計時電路）暫時停止工作時間不變。2. 總電路原理圖 圖7 總電路原理圖六. 仿真調(diào)試過程 本次實驗的軟件仿真主要使用的是multisim10，通過對每部分單元電路進行單獨仿真正確后，在進行整體電路仿真。由于首次使用仿真軟件進行仿真實驗，不免會遇到許多難題，下面介紹實驗的仿真過程及仿真過程所遇到弄的難題。在實驗過程中首先進行仿真的是實驗要求的部分，即比賽計分器部分電路，在進行這一部分仿真時，我們首先進行的是實驗器材的選擇，由于所選的課題是計分，即分數(shù)的加減，所以選擇計數(shù)器作為核心芯片，數(shù)字電子中的計數(shù)

17、器很多，但由于課題要求顯示數(shù)據(jù)最大為999，所以優(yōu)先選擇十進制計數(shù)器，例如74ls290、74ls160、74ls192等等。由于電路要求具有加減分數(shù)的功能，而74ls192又是雙十（可逆）計數(shù)器本身可加減，所以選擇74ls192與七段數(shù)碼管組合使用作為電路的顯示部分，由于74ls290有時候亂碼，故使用74ls160與74ls192作為計數(shù)部分核心。這個過程所遇到的難題主要是一分、二分、三分如何實現(xiàn)。因為計數(shù)器工作時需要時鐘脈沖，更具這個特點使用三個單獨電路分別提供一個、二個、三個時鐘脈沖，來解決這個問題。但怎么使電路提供完相應(yīng)的脈沖后停止工作呢？經(jīng)過向老師咨詢查找資料得知，計數(shù)器提供脈沖后

18、的數(shù)據(jù)輸出端的輸出量使使能端鎖死來解決這個問題。最終使得電路仿真成功。下面是計分部分仿真電路圖：圖8 計分仿真電路圖 對于擴展部分，主要分為：比賽總時間電路、24s倒計時電路以及20s短暫停電路。三部分電路均采用倒計時的計時方法，因為使用的是倒計時的計時的計時方法所以采用了雙十進制計數(shù)器74ls192作為核心器件，當(dāng)比賽控制開關(guān)j3閉合的瞬間總時間與24s電路開始計時，當(dāng)某隊持球進攻到達24s時電路發(fā)出警報并伴隨著燈亮提示，此部分的具體工作方式前面在單元電路設(shè)計時已經(jīng)介紹過，此處不在贅述。當(dāng)有某隊請求暫停時，20s短暫停電路開始工作而比賽總時間電路與24s倒計時電路保持原值不變，到達20s后發(fā)

19、出警報并伴隨著燈亮提示暫停時間到，暫停結(jié)束時總時間電路與24s倒計時電路繼續(xù)接著原數(shù)值繼續(xù)倒計時。而當(dāng)總計時電路走過12分時，顯示節(jié)次加一，并伴隨者聲音與燈亮提示每節(jié)結(jié)束。具體工作方式前面也已說過，此處不在重復(fù)。在這一部分遇到的主要問題是怎么能使電路完成60s倒計時，經(jīng)過老師指導(dǎo)與反復(fù)調(diào)試，最終選擇二片74ls192作為秒計時的核心部件，開始時對兩部分進行清零，因為從0-9的過程qd變?yōu)?，所以利用這個信號進行十秒置數(shù)，而用秒的個位控制芯片的bo接至十秒的down端，從而完成各位與十位的轉(zhuǎn)換，結(jié)合前一部分進行循環(huán)置數(shù)完成六十秒倒計時。另一個問題是在主計時電路與20s電路之間進行轉(zhuǎn)換時，當(dāng)切換至

20、后一部分電路時，怎樣保持前一部分不被清零，而當(dāng)切換至前一部分電路時后一部分電路被清零。這個部分主要采用單刀雙置開關(guān)一端與vcc相接，另兩端的一端與主時間電路的down端相接，而另一端經(jīng)反向器接至20s倒計時電路的清零端來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。下面是時間部分仿真電路圖： 圖9 時間部分仿真電路圖七 設(shè)計過程心得與體會在本次課程設(shè)計中，通過對設(shè)計中倒計時鐘電路和記分電路的設(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)計上有了很大的進步。加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認識，進一步增進了對一些常見邏輯器件的了解。另外，我們還對數(shù)字電子技術(shù)這一門科學(xué)有了進一步的認識。剛開始看到這項課程設(shè)計時，心中還是一片茫然，因為在上個學(xué)期的數(shù)電課程學(xué)習(xí)中并沒有花太多的心思，很多知識都只是略知一二，最多的也只是為了應(yīng)付考試，沒有深入的去研究。雖然上個學(xué)期有做過數(shù)電實驗，但那也是局部的相關(guān)知識，要真正的學(xué)會去應(yīng)用，并不能得心應(yīng)手。開始電路的設(shè)計并不是一無所知，至少還知道需要使用到74ls160同步十進制計數(shù)器和74ls192雙時鐘加減計數(shù)器。對于其工作的原理和功能表也有一定的了解，所以對于倒計時鐘電路這一部分還是很快的就有了設(shè)計思路。但是，看似簡單