河南城建電子計(jì)分板課程設(shè)計(jì)

1、電 子 課 程 設(shè) 計(jì)題 目： 電子計(jì)分板專 業(yè)： 電子信息工程姓 名： *學(xué) 號(hào)： 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?cè)u(píng)定指導(dǎo)教師評(píng)語： 成績等級(jí)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目錄一、設(shè)計(jì)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(jì)- (04) 1、方案比較-(04)2、單元電路設(shè)計(jì)-(04)3、元件選擇-(11)4、整體電路設(shè)計(jì)-(12)5、電路工作原理-(13)三、實(shí)驗(yàn)與仿真- (13)四、設(shè)計(jì)總結(jié) - (13) 1、設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決辦法- -(14) 2、設(shè)計(jì)體會(huì)-（14） 3、對(duì)設(shè)計(jì)

2、的建議-（15）五、參考文獻(xiàn) -（16）一、設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1、題目：電子計(jì)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(duì)的比分。二、原理電路設(shè)計(jì)1、 方案比較方案一：設(shè)計(jì)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(hào)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(chǔ)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(dòng)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(jì)出可以隨時(shí)輸入兩隊(duì)比分的記分器。設(shè)置09十個(gè)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(hào)作為移位寄存器的cp信號(hào)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(jì)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(jì)任務(wù)與要求我們選擇了方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。2、 單元電路設(shè)計(jì) +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(shí)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(jì)的主電路，也是重點(diǎn)設(shè)計(jì)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(gè)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(hào)作為移位寄存器的cp信號(hào)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(shí)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(gè)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(shí)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(gè)低電平信號(hào)。此信號(hào)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(hào)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(gè)高低電平信號(hào)編成一個(gè)對(duì)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(shí)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(gè)數(shù)字

6、鍵要輸入，觀察功能表就可以看出當(dāng)74147的9個(gè)輸入端都是高電平時(shí)，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(gè)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(hào)。工作中按“0”鍵時(shí)由于74147各個(gè)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(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼。同時(shí)都給后面的移位寄存器一個(gè)單脈沖的cp信號(hào)。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(hào)，使的每次按鍵是不僅給數(shù)字編碼還提供cp信號(hào)以實(shí)現(xiàn)寄存器的存儲(chǔ)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(gè)，所以我們選擇兩塊74hc151進(jìn)行級(jí)聯(lián)電路如圖下所示。級(jí)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(duì)連接而成。然后兩

8、輸出y經(jīng)一或門輸出作為cp信號(hào)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(gè)rs 觸發(fā)器及它們的輸入控制電路組成。除了增加4個(gè)并行輸入端ad 外,還有兩個(gè)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(xiàng)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(shí)，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(shí)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(hào)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(jì)采用第一種半導(dǎo)體數(shù)碼管。這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)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(diǎn)，而且響應(yīng)時(shí)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(hào)個(gè)數(shù)編碼器74ls1471個(gè)數(shù)據(jù)選擇器74ls1512個(gè)移位寄存器74ls1944個(gè)七段數(shù)碼顯示管bs201a4個(gè)非門74ls046個(gè)或門74ls321個(gè)電阻1k10個(gè)數(shù)字鍵盤（單刀雙擲開關(guān)）/ 12個(gè)導(dǎo)線/若干電源5v1個(gè)4、 整體電路見附錄一：5、 電路工作原理當(dāng)我們按下一個(gè)數(shù)字鍵時(shí)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(shí)按鍵經(jīng)過數(shù)據(jù)選擇器提供一個(gè)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(gè)位顯示剛按下的數(shù)字，當(dāng)

12、再按一按鍵時(shí)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(shí)現(xiàn)了個(gè)位數(shù)向十位數(shù)的移動(dòng)。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(shí)，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(shí)現(xiàn)全部比分的清零。本電路的設(shè)計(jì)應(yīng)輸入標(biāo)準(zhǔn)兩位分?jǐn)?shù)即5分時(shí)應(yīng)輸入05。三、實(shí)驗(yàn)及仿真 打開multisim11軟件進(jìn)行仿真。在電路組仿真時(shí)，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(huì)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(duì)

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(jì)總結(jié)1、設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決方法 剛開始時(shí)，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(gè)設(shè)計(jì)思路，但在設(shè)計(jì)的幾天里才發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)并不是那么簡單。原來的思路一個(gè)個(gè)被排除掉。靜下心來，仔細(xì)分析題目才有了譜。將整個(gè)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(jì)，逐個(gè)攻破，最后再將其整合。 在電路組仿真時(shí)，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(huì)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(duì)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(jì)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(gè)小小的錯(cuò)誤也會(huì)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(jì)學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，提高了動(dòng)手的能力，學(xué)會(huì)了科學(xué)地分析實(shí)際問題，通過查資料、分析資料及請(qǐng)教老師和同學(xué)等多種途

15、徑，獨(dú)立解決問題。在這次課程設(shè)計(jì)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(shí)。2、 設(shè)計(jì)體會(huì)為期一周的電子課程設(shè)計(jì)拉下了帷幕，我深刻體會(huì)到了其中的苦與樂，感悟甚是深切。 在沒有做課程設(shè)計(jì)以前，覺得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面，課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，也是對(duì)自己能力的一種提高，通過這次課程設(shè)計(jì)使自己明白了原來的那點(diǎn)知識(shí)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(jì)，明白學(xué)習(xí)是一個(gè)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(shí)和綜合素

16、質(zhì)，并將理論與設(shè)計(jì)相結(jié)合，學(xué)以致用，不再是紙上談兵。對(duì)我們學(xué)生來說，理論與實(shí)際非常重要，這是我們以后在工作中說明自己能力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。在這次課程設(shè)計(jì)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(shí)實(shí)在是有限，不過我們能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)去查閱資料。而且，課程設(shè)計(jì)中涉及到的電路圖用了multisim11進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，使我多掌握了一個(gè)得力的仿真工具。我在整個(gè)設(shè)計(jì)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(shí)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(dú)立思考和設(shè)

17、計(jì)的能力，樹立了對(duì)知識(shí)應(yīng)用的信心，相信會(huì)對(duì)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(dòng)手實(shí)踐操作能力，使自己充分體會(huì)到了在設(shè)計(jì)過程中的成功喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的不是很完美，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。通過這次課程設(shè)計(jì)，明白學(xué)習(xí)是一個(gè)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(shí)和綜合素質(zhì)，并將理論與實(shí)際相結(jié)合，理論與實(shí)際同樣重要。另外通過這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)數(shù)字電路的一般設(shè)計(jì)和功能有了較為宏觀的了解。這次的課程設(shè)計(jì)也提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)，既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，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(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)了科學(xué)地分析實(shí)際問題，通過查資料、分析資料及請(qǐng)教老師和同學(xué)等多種途徑，獨(dú)立解決問題。同時(shí)，也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。3、 對(duì)設(shè)計(jì)的建議個(gè)人感覺本次試驗(yàn)的確有助于學(xué)生更好地理解和掌握課本上的知識(shí)，但本次設(shè)計(jì)時(shí)間上有點(diǎn)倉促，以至于學(xué)生不能