按键状态扫描显示电路的设计与制作课程设计任务书 精品.docx

按键状态扫描显示电路的设计与制作课程设计任务书 精品.docx

《按键状态扫描显示电路的设计与制作课程设计任务书 精品.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《按键状态扫描显示电路的设计与制作课程设计任务书 精品.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

按键状态扫描显示电路的设计与制作课程设计任务书精品

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

题目:

按键状态扫描显示电路的设计与制作

初始条件：

（1）以0～9十个数符标识十个按键

（2）当有键按下时，显示其标识符，并保持显示符直到新的按键作用

（3）如果多个按键同时作用，只响应最先作用的按键

要求完成的主要任务:

（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

（1）设计任务及要求

（2）方案比较及认证

（3）系统框图，原理说明

（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明

（5）调试记录及结果分析

（6）对成果的评价及改进方法

（7）总结（收获及体会）

（8）参考资料

（9）附录：

器件表，芯片资料

时间安排：

6月27日~6月30日：

明确课题，收集资料，方案确定，仿真

7月1日~7月4日：

硬件电路制作与调试

7月5日~7月8日；报告撰写，交设计报告，答辩

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月

目录

摘要Ⅰ

1任务及要求2

1.1设计任务2

1.2设计要求2

2设计方案2

2.1总体设计思想2

2.2总体逻辑功能图2

2.3设计方案的选择3

2.3.1编码电路的选择3

2.3.2触发电路的选择5

3单元电路的功能说明6

3.1单元电路的设计6

3.1.1按键控制电路6

3.1.2编码电路8

3.1.3触发电路的设计9

3.1.4逻辑反馈电路的设计10

3.1.5译码显示电路的设计11

3.2整体电路的工作原理15

4利用Protues，Multisim仿真电路16

5结束语18

参考文献19

附录20

摘要

随着电子技术和计算机技术的飞速发展，电子线路的设计工作也日益显得重要。

经过人工设计，制作实验板，调试再修改的多次循环才定型的传统产品设计方法必然被计算机辅助设计所取代，因为这种费时费力又费资源的设计调试方法即增加了产品开发的成本和周期，又受到实验工作场地及仪器的限制。

因此，在EDA飞速发展的今天，EDA技术正慢慢领导着电子科技，同时慢慢进入到生活的各个方面。

本次按键状态扫描显示电路的设计与制作，就是一次理论知识与EDA技完美结合。

本次设计要求以0-9十个数符标识十个按键，当有按键按下时，显示其标识符，并保持显示符，并保持显示指导新的按键作用，如果多个按键同时作用，只响应最先作用的按键，有点类似于带数字的抢答器，不过加了个数码显示管。

关键词：

EDA技术状态扫描数码显示

按键状态扫描显示电路的设计与制作

1任务及要求

1.1设计任务

1）以0-9十个数符标识十个按键；

2）当有键按下时，用数码显示管显示其标识数字，并保持到新的按键作用；

3）如果多个按键同时作用，只响应最先作用的按键。

1.2设计要求

本课程设计要求设计一个10按键数字状态扫描显示电路，以0-9标识十个按键，按下某一按键，数码显示管显示相应的数字。

2设计方案

2.1总体设计思想

根据课程设计任务书要求，以及十个按键所对应的逻辑关系分析，得出设计及该电路大体需要按键控制电路、编码电路、触发电路、逻辑反馈电路、译码电路以及译码显示，其中译码电路和译码显示共同构成了译码显示电路。

其控制关系如图2-1所示。

图2-1总体方案图

2.2总体逻辑功能图

按照按键控制电路的运行状态与数码管的显示数字的分析，总结写出不同开关按下时，数码管的显示，以满足当有开关按下时，用数码显示管显示其标识数字，并保持到新的按键作用，并且多个按键同时作用，只响应最先作用的按键的任务要求。

其关系如下表1。

表1开关和数码显示的关系

2.3设计方案的选择

在设计本电路时，一共考虑过两种方案。

这两种方案的不同点在于编码的方法不同，触发电路以及译码显示电路的芯片选择不同。

下面简单的介绍一下这两种方案。

2.3.1.编码电路的选择

方案一：

用十个按键和门电路组成的8421BCD码编码器

此电路逻辑图如图2-2所示，增值表如表2所示，十个按键S0-S9分别对应十进制数0-9，编码输出为ABCD和GS。

对真值表和逻辑电路进行分析，可得知：

1.该编码器为输入低电平有效；2.再按下S0-S9中任意一个键时，即输入信号中有一个为低电平是GS=1，表示信号输入，在本次设计中还可作为后续电路的反馈信号，只有S0-S9均为高电平时GS=0，

图2-2用十个按键和门电路组成的8421BCD码编码器

表示有无信号输入，此时的输出代码0000为无效代码。

尽管用十个按键和门电路组成的8421BCD码编码器由以上诸多强大的功能，不过其门电路在实际中很难找到。

我也曾经想过用其他的门电路来代替图2-2中的五输入与非门但还是比较复杂让人望而却步。

这就是我不选此电路的一个重要原因。

表2十个按键8421BCD码编码器真值表

方案二：

由74LS147和非门组成的十进制编码电路

此方案中用一个74LS147代替了方案一中大量的门电路，让电路变得简化。

美中不足的是74LS147只有九个输入端，再加上74LS芯片后必须得加上四个非门，让我感觉很麻烦，这也让我一度放弃用这种编码电路。

后来，我发现可以用反馈电路中的一个开关代替“0”输入开关，弥补了它的不足，这一点将在后续的反馈电路中加以说明。

所以采用此方案。

2.3.2触发电路的选择

方案一：

由74LS373和反馈电路连接

74LS373是一个八D锁存器。

我让其使能端与反馈电路相连接，使得有信号输入后，反馈使能，锁存信号，使得其他信号不能输入，实现如果多个按键同时作用，只响应最先作用的按键的作用。

理论分析的结果和仿真效果完全吻合。

但是，在实际制作中，我们的开关系统所用的开关是按键是的。

用这种方法，当开关由闭合到断开后，数码显示管显示的数字会归零，不符合“当有键按下时，用数码显示管显示其标识数字，并保持到新的按键作用”的功能。

另外，选用锁存器就是一个方向性的错误。

当我决定用按键开关时，就应该想到应该用触发器。

综合以上理由，不选方案一。

方案二：

由74LS273与反馈电路连接

74LS373是一个八D触发器，适合于这种用按键开关控制的电路。

按键开关每按一下都会产生相应的一个脉冲信号，进行反馈和触发。

方案二完全符合本题目的要求，所以选方案二

方案一和方案二的总体电路图分别如图2-3，图2-4所示。

图2-3方案一的总体设计图（弃选）

图2-4方案二的总体设计图（采用）

3.单元电路的功能说明

3.1单元电路的设计

3．1.1按键控制电路

按键控制系统不仅仅是几个开关，图3-1就是一个典型错误。

图3-1错误的开关连接

图3-2正确的开关连接

图3-1中没有加上拉电阻，当按键没有按下时，芯片输入管脚悬空，不利于电路功能的实现。

正确的按键电路应该是加上10k的上拉电阻，使得当按键都没有按下时，芯片输入为高电平。

否则，若按照图3-1的接法，没有一个按键按下时，芯片的输入有可能是高电平，也有可能是低电平，造成芯片输入混乱，对后面的逻辑电路造成重大的影响。

如图3-2所示，从上到下的按键分别表示1,2,3,4,5,6,7,8,9.。

.通过按键的闭合即可完成相关信号的输入。

3.1.2编码电路

按键状态扫描显示电路的设计我采用的是74LS147十进制优先编码器，它的真值表和管脚图如下。

表374LS147真值表

其中74LS147的第9脚NC为空。

74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。

某个输入端为0，代表输入某一个十进制数。

当9个输入端全为1时，代表输入的是十进制数0。

4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。

74147将9条数据线（1－9）进行4线BCD编码，即对最高位数据线进行译

码。

当1－9均为高电平时，编码输出（ABCD）为十进制零。

故不需单设/IN0输

入端。

74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入

端低电平0时，4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421BCD编码。

当9个输入

图3-374LS47管脚图

全为1时，4个输入出也全为1，代表输入十进制数0的8421BCD编码输出。

选用74LS147有一个明显的缺陷，就是它只有九个输入端子，不能实现“0”按键的功能。

但是，幸运的是，“0”按键的功能比较简单。

可以在后续电路中实现，具体情况我将要在后续电路中介绍。

3.1.3触发电路的设计

如图3-5所示，为带有清零端的八D触发器74LS273。

只有在清除端保持高电平时，数据才能通过触发器传递到后续电路。

触发控制端为11脚CLK，采用上升沿触发。

通过D触发器，我们可以将输入的相关信号“锁存”（因为必须要有上升沿的脉冲触发才能使信号通过，有点类似于锁存）起来。

防止信号的任意跳变。

74LS273是8位数据/地址锁存器，他是一种带清除功能的8D触发器

1脚是复位CLR,低电平有效,当1脚是低电平时,输出脚2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）全部输出0,即全部复位;当1脚为高电平时,11（CLK）脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个上升沿,立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态,并且立即呈现在在输出脚2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）上；

第一脚WR：

主清除端，低电平触发，即当为低电平时，芯片被清除，输出全为0（低电平）；

CP（CLK）：

触发端，上升沿触发，即当CP从低到高电平时，D0~D7的数据通过芯片，为0时将数据锁存，D0~D7的数据不变

1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。

图3-474LS273的电气符号引脚图和逻辑功能表

通过真值表以及芯片的相关功能，我们已经了解74LS273的相关功能。

在本次相关电路的设计中，通过反相器作用的信号输入到芯片74LS273，由于芯片为八D触发器。

由D触发器的基本功能，输出Q端与输入D相同，如果同时有多个按键作用的时候，此时74LS273芯片起到锁存器的作用，只显示出最初输入的信号。

同时，当按键恢复到没有按下去的时候，信号通过相关逻辑作用后，反馈给CLK。

在CLK的作用下，实现清零的功能。

清零以后，D触发器就不再锁存以前加入的信号。

当有按键按下去的时候，此时芯片输入的就是作用按键的信号，再通过D触发器的作用，就可以完成新输入信号的锁存。

3.1.4逻辑反馈电路的设计

逻辑反馈电路如图3-5所示，有四个个或门（实际操作时，用或非门加上一个非门代替或门，具体原理为：

=）和一个开关组成。

其中出现的开关是“0”开关。

当图3-6中的四个非门有一个输出为高电平，就会输入一个上升沿信号到CLK端，并且输出一个高电平到清零端，使得输出的信号通过。

而且如果最先按下的按键没有按下，高电平会持续输入到CLK端，阻止其他信号的输入。

从而实现“如果多个按键同时作用，只响应最先作用的按键”的功能。

图3-5逻辑反馈电路

CLK端的具体逻辑输入为：

CLK=

对于MR输入表达式，根据设计的方案，写出MR的逻辑表达式：

MR=CLK+D0

图3-5中的开关起到清零的作用，由于设计的电路中有一些芯片需要控制使能端，才能使芯片工作在所需要的状态。

此外对于不同的芯片，可能有效的信号高低电平不同，需要加入反相器进行相关的转换。

因为