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课程设计1前言近年来，由于半导体技术的迅速发展，各种非常便利的电子设备得到普遍的应用与开发。个人计算机的体积直到十多年前还有桌面那么大，然而现在能够缩小到手掌般大小。是应为采用了大规模集成电路。制作电子设备，或者需要设计功能复杂的电子电路，则需要一开始就能熟悉并掌握知识与技能。通过一个时期的数字电路基础的学习，初步掌握电子技术的基础。此次设计设计的电子技术主要在涉及数字电路基础的知识。涉及译码器、计数器、基本RS触发器。通过RS触发器的应用，可以得到硬件去抖动的效果。计数器选择可加减74系列的74LS192计数器。译码器选择74系列的74LS138。本次课题需要用到计算机技术进行仿真模拟。通过Multisim10软件进行计算机硬件模拟仿真。从而达到不需要实物制作。从中找出错误的原因并且能够方便的修改实际电路。保证学习的效率。如果因制作的电路由于某些原因学习不正常而灰心，就不会有进步。学习的挑战就是要经历多次失败。学习电子电路就是这样，如果不理解失败的原因，就要多看参考书与前辈的优秀的电子电路设计，从而提高自己的设计水平。往往可以解决很多问题与困难。实际的制作，不拘泥与理论。而是通过实际的设计与组装数字电路学习数字IC的功能和数字电路的结构。通过这些制作。使我能够更加熟悉数字电路以及常用的工具实用的技巧。实际与理论结合从而完成一个课题就具有更加大的乐趣与成就感。懂得了数字电路的奥秘与内涵，就会产生无穷的乐趣。课程设计21.总体设计方案1.1拔河游戏机设计方案图1总体设计方案增减计数器74LS192原始状态输出4位二进制数0000，经两个74LS138译码器输出使中间的一致点评指示灯Y。点亮。当按动A，B两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经整形后分别加到增减计数器上，74LS192输出的代码经译码器译码后驱动电平指示灯点亮并产生位移，当亮点移到任何一方终端后，由于控制电路的作用，是这一状态被锁定，而对输入脉冲不起作用。如按动复位键，点亮又回到中点位置，比赛又可重新开始。1.2显示方案计分器工作原理为：由两个１６１芯片，两个47芯片以及两个七段显示管构成。将双方终端二极管输出分别接到二个74LS161计数器的CP端，两组161的输出A、B、C、D输给两个译码显示器74LS47，然后再接入七段数码管。当一方取胜时，该方终端指示灯发亮，产生一个上升沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的显示。图2显示方案课程设计32.主元器件简介2.1译码器74LS138138译码器是3-8线译码器，共有54/74两种系列。74138，是一个3到8的译码器，下图11是其逻辑符号及管脚排布，下表1中列出了该器件的逻辑功能，从表中可以看出其输出为低电平有效，使能端G1为高电平有效，/G2,/G3为低电平有效，当其中一个为高电平，输出端全部为1！在中规模集成电路中译码器有几种型号，使用最广泛！其主要电特性如表2。表1138逻辑功能表INOUTNEABLESELECTY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7G1G2CBAHHHHHHHHXHXXXHHHHHHHHLXXXXHHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLHHHHHLHLLHHHHLHHHHLHLHHHHHHLHHHLHHLHHHHHHLHHLHHHHHHHHHHL表2138译码器电性能型号Tpd(ABC-Y)(3级)PDCT54S138/CT74S1388ns345mwCT54LS138/CT74LS13822ns32mw图3138管脚图课程设计42.274LS161计数器74161为可预置四位二进制同步计数器，有54与74系列。主要电性能如表3表3161电性能型号FmaxPDCT54161/CT7416132MHZ305mwCT54LS161/CT74LS16132MHZ93mw161的清除端是异步的。当清除端CLEAR为低电平时，不管时钟端CLOCK状态如何，即可完成清除功能。161的预置是同步的。当置入控制器LOAD为低电平时，在CLOCK上升沿作用下，输出端QA－QD与数据输入端A－D相一致。对于54/74161，当CLOCK由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端ENP、ENT为高电平则LOAD应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS161无此种限制。161的计数是同步的，靠CLOCK同时加在四个触发器上而实现的。当ENP、ENT均为高电平时，在CLOCK上升沿作用下QA－QD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。54/74161，只有当CLOCk为高电平时，ENP、ENT才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS161的ENP、ENT跳变与CLOCK无关。161有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（RCO）输出一个高电平脉冲，其宽度为QA的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。对于54/74LS161，在CLOCk出现前，即使ENP、ENT、CLEAR发生变化，电路的功能也不受影响。图4161管脚图2.3BCD译码器74LS4774LS47为驱动共阴极数码管的BCD码译码器。在7447中尚有LT、RBI与BI/RBO之控制脚，其功能分述如下:该电路是由与非门、输入缓冲器和7个与或非门组成的BCD-7段译码器/驱动器。通常是低电平有效，高的灌入电流的输出可直接驱动显示器。7个与非门和一个驱动器成对连接，以产生可用的BCD数据及其补码至7个与或非译码门。课程设计5剩下的与非门和3个输入缓冲器作为试灯输入（LT）端、灭灯输入/动态灭灯输出(BI/RBO)端及动态灭灯输入(RBI)端。该电路接受4位二进制编码—十进制数（BCD）输入并借助于辅助输入端状态将输入数据译码后去驱动一个七段显示器。输出结构设计成能承受7段显示所需要的相当高的电压。驱动显示器各段所需的高达24mA的电流可以由其高性能的输出晶体管来直接提供。BCD输入计数9以上的显示图案是鉴定输入条件的唯一信号。该电路有自动前、后沿灭零控制（RBI和RBO）。试灯（LT）可在端处在高电平的任何时刻去进行，该电路还含有一个灭灯输入（BI），它用来控制灯的亮度或禁止输出。图57447管脚图2.4计数器74LS19274LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。图中：PL为置数端，CPu为加计数端，CPd为减计数端，Tcu为非同步进位输出端，TCd为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，MR为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。图6192管脚图课程设计62.57400\08门电路00为四组2输入端与非门（正逻辑），共有54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00四种线路结构形式，其主要电特性的典型值如下：表4与非门芯片电性能型号t（PLH）t（PHL）P(D）5400/740011ns7ns40mw54H00/74H005.9ns6.2ns90mw54S00/74S003ns3ns75mw54LS00/74LS009ns10ns9mw极限值电源输入电压7V,输入电压5.5V，AB间电压5.5V（除54/74LS00外）。工作环境温度54系列为军用，一般可工作在-55~125℃。74系列为民用居多工作温度为0~70℃。08为四组而输入与门（正逻辑），共有54/7408、54/74S08、54/74LS08三种线路结构形式，其主要电特性的典型值如下：表5与门芯片电性能型号t（PLH）t（PHL）P(D）5400/740017.5ns12ns78mw54S00/74S004.5ns5ns125mw54LS00/74LS008ns10ns17mw极限值电源电压电压7V,输入电压5.5V(54/74LS08为7V)，AB间电压5.5V54/74LS08与54/74S00。工作环境温度54系列为军用，一般可工作在-55~125℃。74系列为民用居多工作温度为0~70℃。图774LS00引脚图图874LS08引脚图课程设计72.6LED数码管LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。图9数码管引脚图图10共阳连接方式图11数码管外观课程设计83.单元模块设计3.1电路设计方案电路通过按键输入信号，按键存在抖动干扰现象。首先需要一个防干扰电路。通过消除干扰。将信号输送到编码与译码电路中从而进行数据的处理。整个电路不能无休止的运行。这时将需要一个总控制电路控制系统的运行与停止。图12电路设计方案3.2按键防干扰电路设计通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖。数字电路中，因按键的机械抖动存在，极易造成电路的误读现象。这是我们很不愿意看到的结果。误读可以造成系统的错误执行，而不能得到我们想要需要的结果。所以采取一定的措施防止干扰信号的出现。利用74LS00与非门电路构成简单SR触发器能有效的去除硬件产生不必要的抖动干扰信号。从而提高系统的稳定性。图13抖动示意图图14按键防干扰电路课程设计93.3波形调整电路74LS192是可加减计数器，控制加减的CP脉冲分别加至加计数端和减计数端，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU也必须接高电平，若直接由A、B键产生的脉冲加到5脚或4脚，那么就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键失去作用，拔河比赛不能正常进行。加一整形电路，使A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比较大的电脉冲，这样就降低进行某一计数时另一读数输入为低电平的几率，从而达到使每一次键都有可能进行有效的计数。整形电路由与非门74LS00与非门和74LS08与门实现。原理：当开关SW接下端时，输出为高电平。当开关A接下拨向上端时，最后一个与非门其中一个输入端的信号由低电平0变高电平1，另外一个信号本来应该由高电平1变低电平0但是由于电路传输延迟信号保持不变，即仍然为高电平1，此时电路输出低电平信号零。图15波形调整电路3.4编码与译码电路编码初始信号来源与波形整形电路，通过波形整形传输到74LS192输入端中从而达到初始编码的作用。编码电路部分见第四部分。74LS138为3-8线译码器，两个3-8线74LS138实现4变量输入。译码器的输出分别接入到9个发光二极管，因为138译码器输出为反码输出，所以发光二极管LED的阴极接译码器，阳极接VCC正5V电源；当输出为低电平信号时发光二极管亮。比赛准备，译码器初始输入为0000，右边138的Y0输出低电平0，位于中心处的发光二极管LED首先点亮，当编码器进行加法计数时，发光二级管点亮亮点并向右移，进行减法计数时二极管的亮点向左方移动。课程设计10图16