课程设计篮球比赛计分器.docx

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课程设计篮球比赛计分器

1.设计题目：

篮球比赛计分器。

2.设计内容和要求：

根据篮球比赛的实际情况，有得1分，2分，3分的情况。

设计一个篮球比赛计分器，电路要有加分和显示功能，同时记录双方的比赛得分。

3.设计目的：

（1）掌握各种进制计数器的功能和使用方法，学会构造不同进制计数器的原理和方法。

进一步了解和掌握计数器的工作原理情况。

（2）掌握七段显示译码管的使用方法，以及译码器显示电路的使用。

（3）熟悉集成数字芯片的内部结构及应用，包括各种门电路芯片，计数器芯片，译码器芯片等的内部结构，以及连接方法。

（4）了解和掌握各种芯片连接组合形成各种不同功能的方法，掌握篮球比赛计分器的组成结构以及工作情况。

4.设计原理：

篮球比赛中实际得分情况有1分，2分和3分。

根据不同的得分情况，可采用一次产生不同脉冲的方法来实现不同加分情况的加分功能。

重点是2分和3分加分电路的设计。

为了更符合实际情况的使用，以及更具有比较好的纠错能力。

此次设计电路应该含有计分清零和减分的功能。

在裁判出现误判的情况下，可以通过加减分数开关来实现加分或减分功能。

电路原理框图：

5.单元电路设计：

根据实际生活中的篮球比赛情况，通常只需要电路能够记录分数达到三位数即可，其次，由于比赛双方计分电路均相同。

因此，设计时可只针对一方设计，实际应用时组合即可。

为了实现电路的相应功能，选用74LS192集成十进制计数器进行加减分数。

电路的显示部分选用七段译码管，和七段显示译码器74LS48来实现，加减分电路可选用74LS161,74LS160等计数器芯片来实现（具备计数、置数和清零功能即可）。

为了使电路涉及到的芯片尽可能的少，所以，此次电路设计直接选用74LS192来实现。

74LS192相应的功能表如下：

输入

输出

CPu

CPd

↑

递增计数

↑

递减计数

保持

5.1显示电路：

直接用七段译码管和译码器结合实现分数显示，相应引脚

，

全部接高电平即可。

5.2 清零电路：

通过控制74LS192的异步清零端CR高低电平的切换即可达到对电路的清零功能。

连接时将三块192芯片的CR端均引出至清零开关即可。

5.31分电路：

对于电路加1分的功能，可直接控制高低电平的输入，使计数器递增计数或递减计数，从而达到加1分的目的。

5.42分电路：

针对电路加2分的功能，可通过使计数器一次产生2个脉冲信号来实现：

如上图，当电路从0000计数到0011时，LD变为0，同时CR也为0，电路输出为D3D2D1D0=0011，于是此时，计数器不再计数，输出始终为0011。

当按下加分开关（J7）时，CR变为1，计数器清零，输出QaQbQcQd=0000，此时

变为1.。

当开关弹起，CR变为0（此时

=1），于是计数器达到计数条件，在接下来的上升沿脉冲，计数器便开始从0000计数。

相应的Qa从0，1变化，产生两个上升沿脉冲。

直至计数到0011，又停止，重复上述过程。

5.5 3分电路：

对于加3分功能的实现，电路设计基本原理和加2分电路几乎相同，同样通过一次产生3脉冲信号来实现：

如图，电路工作原理和2分电路无异。

同样从0000计数一直到0101，相应的Qa在0,1变化，产生3个上升沿脉冲。

当计数到0101时，计数器停止计数。

按下加分按钮，计数清零，重新又从0000到0101，如此循环

5.6加减置换开关设计：

鉴于74LS192加减数是由上升沿脉冲触发，且加数时，减数引脚须接高电平，减数时，加数引脚须接高电平。

因此，从芯片的up和down引脚直接引出接至两个或门，两个门的输入分别引出一个脚接至置数开关，开关控制接入高电平（电源），两个门的另外两个脚引出接至计数脉冲的输入端。

当开关接至up端（加数），up引脚始终输入1，down引脚的输入由0和输入脉冲的或运算决定，因此down引脚的输入完全取决于输入信号，则电路实现了减数功能。

相反，当开关接至down端（减数），down引脚始终输入1，up引脚的输入完全取决于输入信号脉冲，则电路实现了加数的功能。

6.总电路全面设计：

在1,2,3分加分电路设计完成，以及清零和加减数开关功能设计完成后，按照不同的模块完成电路连接。

由于加分电路由上升沿脉冲触发，且未加分时1，2，3分电路的输入始终保持1状态，因此，将1,2,3分加分电路的输出直接引出，接至三输入与门，最后接入计数即可完成不同的加减计分功能。

至此，电路设计已基本完成。

总仿真电路：

Protel原理图绘制：

7.PCB版图绘制：

（1）根据电路仿真设计图，在Protel中绘制电路原理图。

（2）完成原理图绘制之后，对各个元器件进行命名和封装。

由于Protel99se没有对七段显示译码管的PCB封装，因此，须通过手动绘制封装。

（3）在完成元器件的命名和封装后，导出网络表，根据网络表，载入到PCB文档中。

（4）在PCB中完成元器件的布局，最终完成PCB板的布线以及覆铜工作。

TopLayer:

ButtomLayer:

PCB布线图：

覆铜后的PCB版图：

8.所用到的元器件：

（1）七段显示译码管，3块。

（2）74LS48，3块。

（3）74LS192, 5块。

（4）74LS00，1块。

（5）74LS32，1块。

（6）74LS11，1块。

（7）点触开关，4块。

（8）单刀双掷开关，1个。

9.芯片引脚图：

74LS192：

74LS00：

74LS48：

74LS32：

74LS11：

10.电路设计总结：

最开始面对题目时，对整个设计的过程还是有一个全面的构思，对计数计分的原理还是比较清晰。

电路加一分的功能也按照最初所想，比较容易的设计了出来。

但是，当设计加2分以及3分电路时，便遇上了一些麻烦。

曾想过用计数器串联来连续加数，但经过测试没有达到所想的要求，于是，又从计数的真值表，通过卡诺图等来分析，还是没有头绪。

后又多次尝试不同方法，也没有成功。

最后才想到用通过控制产生计数脉冲的方法来实现不同的加分功能。

究其原因，主要是由于之前所考虑的过于复杂。

随后，便通过计数器的功能表，来设计限制一次产生的脉冲个数，从而实现不同的加分功能。

在加分电路设计完成之后，为更符合实际的使用需要，便开始考虑电路的清零和减数功能，清零电路的设计还是比较容易。

但加减分置换开关的设计需结合所有的加分电路来实现。

因此，在理解了不同加分电路的结构之后，从计数器的加减分引脚出发，通过分析从而确定了加减分置换开关的设计，其中涉及到一些门电路的使用。

在电路原理图设计完成以及仿真结果也正确后，通过Protel来绘制原理图以及PCB板时，也遇到了一些麻烦。

主要是在于Protel99se中对有些元器件没有封装库，比如开关、译码管等。

遂又经过查阅相关资料，通过网络等途径，学习自制元器件封装库的方法，以及Protel的一些其他功能,以及对Protel快捷键的使用。

总的来说，此次设计不仅让我更加熟悉了计数器，译码器等的引脚分布以及不同引脚的不同功能，也让我掌握了电路设计的一些方法，包括构思，设计，验证，以及纠错。

同时，更加巩固了以前所学过的知识，对时序逻辑电路和组合逻辑电路的分析以及设计方法又更加的熟悉，并且掌握了电路设计的一般步骤。

在电路设计过程中所遇到的一些相关问题，也锻炼了自己的能力。

另外，通过设计过程中的练习，对Multisim仿真软件以及Protel的使用也更加的熟练。

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