投票选举器.docx
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投票选举器
电子课程设计
----投票选举器
1.实验目的--------------------------------------------------2
2.总体框图---------------------------------------------------2
3.实验电路图及电路原理---------------------2
4.元器件选择-----------------------------------------------9
5.总体设计图-----------------------------------------------13
6.实验感言--------------------------------------------------15
一实验目的
1进一步掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析设计方法，巩固课堂上学到的知识
2学习对原有电路进行改进的方法，使电路在逻辑上更合理，更人性化
3掌握一些常见的数字电路的使用方法
4通过对电路的改进的实践，培养创新意识
二总体框图
三实验电路图及电路原理
1最简单的投票选举电路设计
最简单的投票选举器应实现如下功能：
1）能控制投票的时间，即过了一段时间后投票无效
2）对所投票数进行统计，并以一定的方式显示出来
以此为目标，可以设计出以下的电路原理图：
该电路的工作原理如下：
先由工作人员按下CLR开关，计数器74LS160的CLR清零端接地，为低电平，计数器清零，七段显示器显示为0。
然后使CLR端复位，即接到VCC上。
当投票开始时，EN开关接VCC高电平。
这里不同的投票者A1、A2、A3、A4分别按下各自的投票开关J1、J2、J3、J4，分别对应形成一脉冲。
在J1-J4脉冲及使能端高电平（开关EN控制）下，通过74LS54与或非门，就能对计数器的时钟脉冲端CLK形成一系列间断的时钟脉冲。
时钟脉冲由计数器计数后输出到DCD_HEX显示器显示，即可看出投票代表所投的票数。
当投票结束时，工作人员另EN开关复位（即接地，低电平），相当于与或非门的使能端关闭，投票的代表这里再进行投票无效。
显示器上的票数保持不变。
如果仔细观察以上电路，它的缺点是显然的：
1）由于对开关J1-J4形成的脉冲的次数没有进行限制，因此一个进行投票的代表可能进行多次投票，这是不公平的。
例如上面只有4个代表，但是由显示器可知，一共投了5票。
2）如果某2个或多个代表同时进行投票，那么通过与或非门的作用，只能形成一个脉冲，这时投票的结果也是不真实的。
3）当某个代表长时间按下自己的开关时，他的输入就不是一个短脉冲，而是一个持续一段时间的高电平，由于74LS54中或非门的作用，这时输出将一直维持低电平，不能形成脉冲，从而影响其他代表的投票。
2改进后的投票选举电路
针对原始投票电路的以上缺点，可以进行一下改进，从而得到以下新的投票选举电路：
A代表投票部分
如图A所示为投票部分，其中最左边的竖直线接电源VCC，左边第二直线接地。
为解决上面的各个缺点，用了D锁存器代替上面的74LS54这样各个代表的投票就是公平的了。
即，
（1）每个代表最多只能投一票，因为每个代表只对应一个D锁存器。
（2）每个代表直接的投票互不影响，不存在同时按下投票开关只能投一票的问题。
同样，由于采用的是D锁存器，因此，J1-J4就不能是原来的脉冲开关，当按下开关时，它应能形成一个持续的高电平，复位开关进，应是持续的低电平。
图中的EN开关是使能开关，只有EN开关接VCC时，各个D锁存器的使能端才是高电平，D输入端才有效，换句话说，只有EN接VCC时，各个代表才能投票。
Reset开关是复位开关，它负责把各个D锁存器的Q输出端复位成低电平。
由于不用使用D锁存器的置位端，所以SET端统一接地。
这样设计后，投票电路多了一个优点，由于J1-J4是产生持续高电平或低电平的开关，而非产生脉冲的开关。
因此，在投票时间没有结束前（即EN端仍为高电平时），代表可以取消刚刚所投的票。
（所投的票在EN端变为低电平前是不会被送到计数器中的。
B脉冲生成部分及计数器部分
该部分电路如图B所示
由于采用了D锁存器暂存代表的投票结果，而进行票数的统计必须有脉冲，因此需要把D锁存器Q输出端形成的电平变成计数器的时钟脉冲。
为达到此目的，电路在实现的过程中采用了双向移位寄存器
74LS194，利用74LS194的移位功能形成计数器的时钟脉冲。
此部分电路的工作原理如下：
本电路只利用74LS194的右移位功能
各锁存器D1-D4的Q输出端分别接到第一片74LS194和第二片的A、C端，74LS194的B和D输入端，以及第一片的右移输入端SR接地。
那么当D锁存器是输出端为高电平时，移位寄存器每移动一次就能形成一个脉冲。
由于采用了两片74LS194且移位方式为右移，因此第一片的QD输出端需接到第二片SR输入端。
第二片的QD输入端接到74LS160的CLK输入端形成时钟脉冲。
两片74S194同步移位，时钟脉冲统一由脉冲源Pulse提供。
由于本实验中移位寄存器只有两种工作方式：
并行输入（S0=1,S1=1）和右移（S0=1,S1=0）,所以S0和清零端CLR接到VCC高电平上。
74LS160的两个使能端ENT、ENP以及置位端LOAD也接到VCC高电平上。
现在介绍该部分电路的最后一个组成部分CLR开关，它的作用如下:
CLR开关控制两片74LS194的S1输入端及74LS160的CLR端。
开始时，开关接VCC高电平，S1=1,移位寄存器处于并行输入状态，相应的输入端从D锁存器中读取代表的投票信号，通过非门74LS04的作用,74LS160的CLR端的低电平，计数器处于清零状态。
当投票结束后，CLR开关接地，低电平，S1=0，74LS194在时钟脉冲的作用下进行右移位，同时计数器74LS160的清零端CLR变为高电平，计数器的CLK端从第二片移位寄存器的QD输出端读入投票脉冲信号，进行票数统计。
C显示器部分
LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。
它采用低电压扫描驱动，具有：
耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。
目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。
四元器件选择
序号
元器件
个数
1
D锁存器
4
2
74LS194
2
3
74LS160
1
4
DCD-HEX显示器
1
七段数码显示器
LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。
它采用低电压扫描驱动，具有：
耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。
目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。
其真值表如下表六所示：
74LS160
管脚图
功能表
逻辑图
74LS194（双向移位寄存器）
逻辑符号
功能表
时序图
D锁存器
电路结构
逻辑符号
功能表
七段数码显示器真值表
五总体设计图
投票的操作流程
从以上讨论不难得出整个投票的流程，流程如图C。
从改进的电路仿真电路图可以发现，投票的人只有J1和J3两个，而最终显示的票数为3，这是为什么呢？
问题是这样的，原来投票的一共有3个人（假设另一个是J2），但是最后J2决定不再投票，即J2接地。
可是当J2决定放弃所投的票时，投票时间已近过去，即EN接地，J2最终的决定不能影响到最后的投票结果，所以最终显示的还是3。
六心得体会
实验结论
改进后的投票选举器电路的工作过程可分为三步：
从代表处取得投票电平-----利用投票电平形成投票脉冲-----对投票脉冲进行计数。
改进后的电路不再存在原来电路的缺点：
代表可以重复投票，代表之间的投票可以相互影响。
而且改进后的电路还具有原来电路没有的优点:
在投票时间结束前可以取消刚刚所投的票。
这些都使电路逻辑更合理，更人性化。
体会
通过这次的EDA设计，我可以说是受益良多。
本设计使我更进一步的了解了数字电子技术的用处，了解了一些设计电路的步骤，更进一步的熟悉了各种芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法，虽然设计时间很紧迫，但在设计的过程中我还是学到了不少的东西，例如D锁存器课本上没有具体的介绍，我通过查找资料对它有了一定的了解，同时激发了我学习的兴趣。
但是在实际操作的时候有一些困难，在同学和老师的帮助下完成了任务，增进了之间的友谊。
在设计中感觉到了自己知识的匮乏，对电路原理认识不够深刻，以后我会努力的学习，在平时让理论和实际紧密结合，更好的完成大学课程。
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