篮球比赛数字记分牌-数字电路

目录一、设计任务与要求………………………………………1二、设计中用到的元件清单...........................1三、总体方案的设计………………………………………1四、模块设计………………………………………………2五、单元电路的设计………………………………………3六、总体电路图……………………………………………8七、电路工作原理…………………………………………8八、电路组装与调试………………………………………8九、分析与心得……………………………………………9十、参考文献………………………………………………9-1-题目：篮球比赛数字记分牌一、设计任务与要求设计篮球比赛数字计分牌，以达到以下要求：1．分别记录两队得分情况；2．进球得分加2分，罚球进球得分加1分；3．纠正错判得分减2分或1分；4．分别用三个数码管显示器记录两队的得分情况。二、设计中用到的元件清单CD40192（可预置BCD加/减计数器(双时钟)）----------------2个；CD4011或74HC00（四2输入与非门）----------------------1个；CD4027（双J-K触发器）-------------------------------1个；CD4511（BCD锁存,7段译码,驱动器）-----------------------2个；LED数码管------------------------------------------3个；按键开关---------------------------------------------3个；二极管1N4001----------------------------------------2个电容104------------------------------------------2个；103--------------------------------------------2个；电阻47k--------------------------------------------1个；10kΩ------------------------------------------5个；2kΩ------------------------------------------14个；实验板一个；导线若干等。三、总体方案的设计1、篮球比赛数字计分牌要求能分别记录两队的得分的情况，可清零重新开始比赛，所以设置一开关用来复位。2、计分牌由百、十、个位组成，用LED数码管（共阴）显示，配用相应译-2-码器CD4511。3、分数的个位与十位计数用十进制加/减计数器（CD40192）来实现。百位由JK触发器组成只呈现1或不显示状态，即达到100分前只有个位与十位显示，计分系统最多只有199分。4、用防抖动的按键开关控制计分器的触发信号。电路主体方框图设计如图1：四、模块设计4.1计数/编码电路加、减输入信号经十进制计数器后分别得到个位、十位的输出信号，然后输入到译码显示电路，十进制计数器由两块CD40192（可预置BCD加/减计数器(双时钟)）构成。对于百位，也可以采用CD40192计数，但根据生活实际情况，只选择了两种状态，即1和不显示，所以为了避免浪费元件，同时造成接线的麻烦只选用了JK触发器，作为百位计数。4.2译码显示电路一般译码显示电路选用显示译码器和显示器配合好的器件,使得驱动功率足够大，逻辑电平相匹配。本电路系统采用共阴型LED数码管来作为显示部分，用高电平驱动LED数码管时不能用普通TTL译码器，所以选用了CD4511驱动器。-3-4.3开关控制输入电路由于开关的机械振动不适合对反应速度极快的门电路进行控制，否则会发生误计数，所以在本电路设计中要加防抖动电路,使产生稳定的0/1输出。可以选用RS触发器构成的开关电路来消除抖动，此电路也称为单脉冲产生电路，能输出稳定的信号，（如图2）。也可以增设阻容元件来消除开关的抖动，如本实验所采用。4.4总体方案的选择为了简化电路，同时使设计电路的功能很好的实现，选择RC防抖动开关作为输入的开关控制信号，同时，使系统用计数器和JK触发器只显示199分的最高分。五、单元电路的设计5.1计数/编码电路设计双时钟可逆BCD码十进制计数器CD40192。加法时钟端CPu和减法时钟端CPd由脉冲的上升沿触发，分别完成加、减法计数。数据输出端Qa,Qb,Qc,Qd接到CD4511的ABCD端，进位TCu和借位TCd端分别和上一位计数器CPu和CPd相连。其管脚图和功能表如下图3：-4-是加计数进位输出端，当加计数到最大计数值9时，发出一个低电平信号（平时为高电平），为减计数借位输出端，当减计数到零时，发出一个低电平信号（平时为高电平）。本电路用两片CD40192构成2位十进制加减计数器，采用串行进位、借位方式级联，每当个位计数器由9复0时，其发出一个负脉冲作十位计数器加计数的时钟信号，使十位计数器加1计数。同理，控制CPd端进行减计数。计数器CD40192的CPu和CPd端有相互制约的关系，即互为高电平时输入有效。CPu和CPd平时都为高电平，计数时由一个负脉冲的上跳沿触发，所以两个端口的控制信号要稳定。（见下述）百位计数只取了1和不显示，根据实际情况，比赛最高分只取199分，所以显示的最高位用JK触发器，因为它只有0和1两有种状态。本电路采用CD4027（双J-K触发器），其管脚图和功能表如下图4：-5-5.2译码\驱动\显示电路设计CD4511是一块含BCD—七段锁存/译码/驱动/消隐电路于一体的集成电路，其管脚见下图5。CD4511的1、2、6、7脚为BCD码输入端，在本电路中用于输入计数器输出的BCD码；译码输出端分别是“a-b-c-d-e-f-g”，如图6真值表所示：-6-CD4511输出端接数码管显示，数码管每段的工作电流为10mA左右，所以必须在CD4511的输出端接上7个限流电阻，因为我们选用的电源是10V，由此可取（510Ω~1K）的电阻，第3脚为测试端（LT），当LT为“0”时，输出为“8”，此端可以用来在制作时测试数码管的好坏和显示故障，第4脚为消隐端（BI）当BI为“0”时，输出全为“0”显然还可以清除锁存器内的数值。第五脚为锁存允许端（LE），第16脚接电源正极，第8脚接电源负极，根据CD4511的真值表可知，LT、BI、VCC本电路接高电平；LE为锁存端，高电平锁存，本电路接低电平。本单元电路如图7所示。-7-5.3信号输入控制电路设计如上所述，系统信号输入需要稳定的脉冲，而作为计分牌我们用开关手动控制，手动控制的电路如图8所示，电路十分简单,我们只是利用了CD4011来一个上升沿脉冲输入到CD40192计数，用手动开关来控制，电路由开关S1、电阻和电容组成。因为开关是按钮开关，当开关在开或关的瞬间会产生多次抖动，从而使电路误计数，所以电路中R1、C1，R2、C2是专为防止开关抖动设置的，为了使防抖动效果更好，在和分别接上拉电阻和接地电容，可以保证每当进行一个计数时计数器的另一个输入端口都是高电平。104、103瓷介电容起消除抖动作用。-8-六、总体电路图如下：图9总体电路七、电路工作原理对一个球队来说，当进球或罚球得分时,IC1的4号脚是高电平，按两下或一下S1开关，则IC1的5脚输入一个上升沿脉冲，使CD40192做加法运算在数码管上显示分数。当纠正错判时，按S2两下或一下，数码管上相应减2分或1分。当开始新的比赛时，按开关S3复位，使数码管上显示“00”。八、电路组装与调试在电路焊接组装过程中，遇到的最大问题存在于：起初考虑不周全，芯片分布不够合理，出现了许多“特长线”。不但影响布线速度，而且也给后来的调试带来了相当多不必要的麻烦。布线要好，横平竖直，在保证连通的情况下，在布线上下了不少工夫。其次，给整个电路带来问题的地方是最后的手控开关，起初存在很明显的乱计数。后来在再三反复实验调试后才有了结果。第一次调试过程时，用万用表欧姆档测试，实验板上有元件管脚误连的情况，-9-导致芯片不能正常工作，修正此问题之后，第二次调试，用万用表的电压档测试单元电路的状态。如：编码计数电路是否正常工作，译码显示是否正确，JK触发器能否出现输出1，控制信号电路中的计数器能否正常计数……最后在整体上测试发现数码管显示数有时正常有时混乱。在排除其它可能的情况下，仔细检查各端口和单元电路的连接情况，发现是最后的手控开关发生抖动，造成误计数。后来，在计数器输入端添加了一电阻和电容（如图六是最后修正后电路）才使得计数有规律，问题得到解决。九、分析与心得刚抽到该课程设计题目时，以为完成这个项目很简单，于是放着迟迟未着手，到后来完成“挑战杯”设计才开始琢磨，但后来，电路图设计好后，调试的过程中才发现其实设计出的理论性的东西很难与实验结果一致，尽管在理论上是成立的，但实验结果却很难达到预期的结果。静下心来，仔细分析设计原理，不断检查实验板上的电路，将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，再加上老师的说明与提示，原本想彻底放弃的我，最后还是坚持下来，克服浮躁的情绪，最后终于成功的完成了设计。十、参考文献：1、阎石.数字电子技术基础(第五版).北京,高等教育出版社.