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电子记分板设计姓名:班级：学号：指导教师：设计目的1.进一步掌握数字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。设计技术指标与要求:1.比分为二位十进制数,显示板由发光二极管构成。2.使用键盘控制输入状态和比分。3.可以强制清零,可以随时输入两侧的数字。设计思想：方案一：设计出每次可以加减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。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。由于电子产品对电源电压一般要求比较高，故要有变压、整流、滤波和稳压部分。机械开关或按键回产生抖动，故需要消除抖动电路以消除振动引起的脉冲。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。如图（１）所示。图（1）一、电源电路直流电源的最简单的供电方法是用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换(蓄电池则要经常充电)的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从220伏市电变换成直流电，应该先把220伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高，所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有三大部分，见图（2）。图（2）1.变压、整流电路变压电路其实就是一个铁芯变压器。变比为220：6整流电路用4个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器，见图(3)。负载上的电流波形和输出电压值与整流电路全波相同为0.9倍的负边电压。所以整流后的电压近似5V。图(3)2.滤波电路整流后得到的是脉动直流电，如果加上滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分，就可得到平滑的直流电。采用电容滤波：把电容器和负载并联，如图(4)，正半周时电容被充电，负半周时电容放电，就可使负载上得到平滑的直流电。图(4)3.稳压电路交流电网电压的波动和负载电流的变化都会使整流电源的输出电压和电流随之变动，因此要求较高的电子电路必须使用稳压电源。采用集成化稳压电路：近年来已有大量集成稳压器产品问世，品种很多，结构也各不相同。目前用得较多的有三端集成稳压器，有输出正电压的CW7800系列和输出负电压的CW7900系列等产品。输出电流从0．1A一3A，输出电压有5V、6V、9V、12V、l5V、18V、24V等多种。这种集成稳压器只有三个端子，稳压电路的所有部分包括大功率调整管以及保护电路等都已集成在芯片内。使用时只要加上散热片后接到整流滤波电路后面就行了。外围元件少，稳压精度高，工作可靠，—般不需调试。图(5)是一个三端稳压器电路。本设计使用固定三端稳压器7805，它的输出稳定电压为5V。C2是进一步对高频谐次波滤除，为了保护稳压IC，可以在输入端与输出端接一个二极管。7805的三脚从左到右分别为1--2--3脚，即输入端--地--输出端。图(5)二、消除抖动电路本设计采用简单的与键盘或开关并联电容器，来消除电路抖动。并联电容C和串联的一电阻R，可以是波形上升沿和下降沿变化比较缓慢。因此对对于变化很窄的脉冲起到了平波的作用。抖动电路如图（6）。图（6）三、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（7）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（7）设计所需的元件：74147（编码器）------------------------------------------1个；74LS194（移位寄存器）----------------------------------4个；74LS151（数据选择器）-------------------------------------2个；七段数码显示管（7448译码器集成其中）----------------------------------4个；74LS04非门------------------------------------------------6个；74LS32正或门---------------------------------------------1个；电阻（1KΩ）--------------------------------------------10个；单刀双掷开关-----------------------------------------------12个；（由于仿真软件里没有数字键盘，这里用单刀双掷开关来替代。）导线若干；设计原理：总体电路图如图（8）所示：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（9）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。2.编码部分编码器选择了74147其功能表如图（10）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S8Key=7S10Key=9S9Key=8S7Key=6S6Key=5S5Key=4S4Key=3S3Key=2S2Key=1S1Key=0VCC5VR11kR21kR31kR41kR51kR61kR71kR81kR91kR101kU274147NA9B7C6D143134152212111857463910U4F7404NU1F7404NU3F7404NU5F7404NU1674151N~W6D04D13D22D31D415D514D613D712A11C9B10Y5~G7U674151N~W6D04D13D22D31D415D514D613D712A11C9B10Y5~G7U19NOTU18OR2U874194NA3B4C5D6SL7QA15QB14QC13QD12SR2~CLR1S09S110CLK11U774194NA3B4C5D6SL7QA15QB14QC13QD12SR2~CLR1S09S110CLK11U974194NA3B4C5D6SL7QA15QB14QC13QD12SR2~CLR1S09S110CLK11U1074194NA3B4C5D6SL7QA15QB14QC13QD12SR2~CLR1S09S110CLK11U14DCD_HEXU11DCD_HEXU12DCD_HEXU13DCD_HEXS11Key=AS12Key=SpaceU15NOT比分数字控制键盘甲乙比分输入控制开关强制清零键甲方乙方图（8）整体电路图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（9）图（10）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（11）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（12）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（11）图（12）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。起功能表如图（13）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（14）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（13）图（14）电路的连接移位寄存部分电路如图（15）所示。其中集成片U8、U9是控制一方分数。U7、U10控制另一方。U8和U7并行输入端都接编码器的输出端，U9、U10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74194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U8、U9的控制端S0、S1接在一起然后接在单刀双掷开关。U7、U10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。电路的工作原理当我们按下一个数字键时编码器输出的二进制数码输入到寄存器的并行输入端。同时按键经过数据选择器提供一个CP单脉冲给寄存器，这样其中一方如U7就可以输出数码至七段数码管和U10的并行输入端。使得数码管个位显示刚按下的数字，当再按一按键时同理U7的输出是刚按下的数字，U10的输出是上一次按下的数字。这样就实现了个位数想十位数的移动。关于双方输分控制键；当单刀双掷开关置在低电平或高电平时，必有其中一方的S0、S1处于保持功能，而另一方的S0、S1处于并行输出状态。强制清零键的‘0’‘1’状态实现全部比分的清零。本电路的设计应输入标准两位分数即5分时应输入05。图（15）5.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。LED数码管分共阳极与共阴极两种，外形及结构如图（16）所示。此电路采用BS系列的数码管——BS207，其正向压降≤3.6V、最大工作电流（全亮）为400mA、最大功耗为600mW、反向击穿电压（每段）≥5V、发光强度（每段）150ucd、结构为共阴。本电路使用的是四输入的译码器集成在其中的数码管。U14DCD_HEXU11DCD_HEXU12DCD_HEXU13DCD_HEX甲方乙方图（16）电路的仿真与调试在电路组仿真时，遇到的最大问题是，起初