1、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
2、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
3、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CRCPuCPdD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01000000D3D2D1D0D3D2D1D0011递增计数011递减计数0111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
4、功能。连接时将三块192芯片的CR端均引出至清零开关即可。5.3 1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。5.4 2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
5、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
6、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
7、,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
8、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
9、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
10、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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