数电设计_篮球记分牌

课程说明书 课程名称： 数字电子技术课程设计    题    目： 篮球比赛电子计分牌        学生姓名：            专    业： 班    级：    学    号：      指导教师：          日    期：  2011  年 4 月 6日 篮球比赛电子计分牌 一、设计任务与要求 设计一个符合篮球比赛规则的记分系统。 1.有得1分、2分和3分的情况，电路要具有加、减分及显示的功能。 2.有倒计时时钟显示，在“暂停时间到”和“比赛时间到”时，发出声光提示。 3.有比赛规则规定的其他计时、记分要求。 二、设计与论证 1.记分电路 对应篮球比赛规则记分的系统的要求，篮球记分有1分、2分和3分的情况，通过对电路输入一个脉冲、两个脉冲、三个脉冲，使得计数器对分数进行统计，这需要三个脉冲分路。 电路要具有加分、减分及显示的功能。当球队比赛得分时，用加法记分器通过控制脉冲分路加相应的分数。如果裁判误判了，可以用减法计分器减掉误判的分数。用三个计数器和三个半导体数码管LED进行对分数的统计和显示。 2.倒计时钟电路 首先是全场的总倒计时电路，全场四十分钟，分四节，每节十分钟，每打完一节倒计时暂停，并伴随灯亮通知，进入休息时间，此段时间不予计算。其次为每队持球进攻的时间为二十四秒，与总时间同步，此段计时电路具有重置开关，可对比赛球队进行持球时间判断。再次为二十秒暂停时间，可用于比赛球队叫停，进行战术调整等，此时切换至暂停电路，总倒计时和持球时间暂停工作，当暂停时间完后，再次切换至总场时间电路。 电路框图如下： 显示 记分电路 暂停时间 持球时间 总比赛时间电路 记分电路 倒计时钟电路 加减置换 分数清零 三分脉冲 二分脉冲 一分脉冲 时间脉冲 三、单元电路设计与参数计算 1.74192功能表 输入 输出 清零 置数 加计数 减计数 数据 QA QB QC QD CLR LOAD‵ UP DOWN A B C D 1 × × × × × × × 0 0 0 0 0 0 × × d0 d1 d2 d3 d0 d1 d2 d3 0 1 ↑ 1 × × × × 递增计数 0 1 1 ↑ × × × × 递减计数 0 1 ↑ 1 × × × × 保持                         2.74160功能表 CLK CLR‵ LOAD‵ ENP ENT 工作状态 × 0 × × × 置零 ↑ 1 0 × × 预置数 × 1 1 0 1 保持 × 1 1 × 0 保持(但C=0) ↑ 1 1 1 1 计数             3总比赛时间电路 从电路图可知，此部分电路是由四片74LS192组成的时序逻辑电路，对5进行预置数为1001，使得分显示为9，对7进行预置数为0101。，显示为5,，对6进行置数0001，显示为1。给一时钟脉冲9接至8DOWN，秒8的BO端输出至秒十位的7DOWN，进行60秒倒计时。再将秒十位的BO输出接至分5DOWN,进行10分钟倒计时，分5的BO输出端接至节次6UP端，逐节递增至五后回归1重新开始另一场球赛的倒计时。 4持球、暂停时间电路 从电路图可知，持球时间部分电路是将U1预置数为0100，为4，将U2预置为0010为2，将U2的QD输出一个非门后接在U1的LOAD上，这样就形成了24秒的倒计时，此电路还加入了PB-DPST双闸开关，可进行二十四秒重置数。通过两个74LS00与非门组成与非门的锁存器和开关J1，进行24秒持球和20秒暂停的切换，对U7、U8进行预置数组成20，将U8的BO输出端进位给控制X1灯显示电路部分，当20秒暂停时间完毕，灯亮，可进行重置。 5记分电路 对一分键电路，在U4上，当从0000变化到0011时，QA与QB通过与非门接到EP，RD则通过一个开关来控制，当到达0011的时候，经过QA与QB的与非门出来 的为零，使它保持0011的状态不变， QB输出的则是一个脉冲了。 对二分键电路，在U5上，当从0000变化到0011时，QA与QB通过与非门接到EP，RD则通过一个开关来控制，当到达0011的时候，经过QA与QB的与非门出来 的为零，使它保持0011的状态不变， QA输出的则是两个脉冲了。 对三分键电路，在U6上，当从0000变化到0101时，QA与QC通过与非门接到EP，RD则通过一个开关来控制，当到达0011的时候，经过QA与QC的与非门出来 的为零，使它保持0101的状态不变， QA输出的则是三个脉冲了。 通过双向开关切换电路为加法电路和减法电路，将异或门U7接至U1、U2、U3的UP端，为加法部分，将异或门U8接至U1、U2、U3的DOWN端，为减法部分。从而控制比赛分数的加减。开关J4控制U1、U2、U3的CLR端接通电源，当开关闭合是，分数置零，开始重新计数。 四、总电路工作原理及元器件 1．总原理图 2．电路完整工作过程描述 当电路通电时，倒计时钟电路和记分电路开始工作。 倒计时钟电路部分  刚开始工作时，开关J10闭合，双向J1开关置至左，总场时间和持球时间开始倒计时，每赛完一节，打开开关J10，总场时间和持球时间将暂停，同时灯X2亮。控制开关J8对灯X2进行重置。若球队持球时间少于24秒，可控制开关J2进行重置。多于24秒时，灯亮，交换持球。当节次显示为五时，即比赛完毕时，总场时间部分立即自动重置原始状态。当有球队叫停时，双向开关J1置至右，总场时间和持球时间倒计时将暂停，进入20秒暂停时间倒计时，当倒计时完毕，灯X1亮，比赛继续，控制开关J5，重置灯X1。若二十秒暂停时间未完就进行比赛，可控制开关J3进行重置。 记分电路部分  刚开始工作时，LED电路显示为999，这也是电路统计的最大值。控制开关J11将分数置零。将开关J9打上，进行加分状态，控制一分、二分、三分键，累计球赛分数。当比赛分数误判时，将开关J9打下，，控制一分、二分、三分键，进行相应误判分数的间。将显示置零，可进行下一场比赛的记分。 3．元件清单    元件序号 主要参数 数量 备注（包装形式） 5, 6, 7, 8, U3, U4, U10, U11, U16, U17, U18 74LS, 74LS192D 11 IPC-7351\DO16 U1, U7, U14 74LS, 74LS04D 3 IPC-7351\DO14 U2, U8, U9, U15, U30, U31 74LS, 74LS00D 6 IPC-7351\DO14 J1, J9 SWITCH, SPDT 2 Generic\SPDT X1, X2 5V_1W, 5V_1W 5V_1W 2 Generic\LAMP J2, J3, J5, J8, J11 SWITCH, PB_DPST 5 Ultiboard\DIGTAS1 J4, J6, J7, J10 DIPSW1 4 Ultiboard\DIPSW1H U19, U20, U21 74LS, 74LS160D 3 IPC-7351\DO16 U24 74STD, 7400N 1 IPC-2221A/2222\NO14 U25 74STD, 7404N 1 IPC-2221A/2222\NO14           五、仿真调试与分析 打开Multisim11软件进行仿真，将倒计时钟电路和记分电路分别进行仿真调试。 1. 记分电路 按下调试开关，按0，将LED显示清零。按空格Space，将开关置到加，按1加一分，按2加二分，按3加三分。再按空格Space，将开关切换到减，按按1减一分，按2减二分，按3减三分。 2. 倒计时钟电路 按下S计时总开关，10分钟和24秒倒计时开始工作，当一节结束，灯X2亮，按D,灯灭。按下R，将24秒倒计时重置。按下P，电路切换到20秒倒计时，到零时，灯X1亮，按C，灯灭。按下Z，20秒倒计时重置。 六、结论与 在本次课程设计中，通过对设计中倒计时钟电路和记分电路的设计，使我对数字电路的一般设计和功能有了较为宏观的了解。这次的课程设计也提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。另外，我们还对数字电子技术这一门科学有了进一步的认识。 刚开始看到这项课程设计时，心中还是一片茫然，因为在上个学期的数电课程学习中并没有花太多的心思，很多知识都只是略知一二，最多的也只是为了应付考试，没有深入的去研究。虽然上个学期有做过数电实验，但那也是局部的相关知识，要真正的学会去应用，并不能得心应手。 开始电路的设计并不是一无所知，至少还知道需要使用到74LS160同步十进制计数器和74LS192双时钟加减计数器。对于其工作的原理和功能表也有一定的了解，所以对于倒计时钟电路这一部分还是很快的就有了设计思路。但是，看似简单的电路，组织起来还是有点麻烦的。对于预置数的方法在课堂的学习中已能熟练掌握，在脉冲输出控制电路循环这一部分就没那么容易的入手了，在经过自己的多次计算和实验后还是没能完美的通过，经过与伙伴的探讨和翻阅相关书籍，还是解决了这一问题，所以说呢，有时候还是需要伙伴们的启发和支持，闭门造车只会阻碍学习和工作的发展。在这部分电路设计出来后，因为刚开始只是为了实现电路的功能，并没有考虑太多的电路布局和电路的美观，导致电路杂乱无章，最后对电路的布局安排做了一定的处理。缜密的思维和耐心是设计所不可缺少的。 在对记分电路的设计时，我觉得这是设计中最难的一部分了。当时看到需要有一二三分的统计我就觉得是完成不了的，因为自己对此一无所知，对于记分这一电路的设计毫无思路，伙伴们的只是也是有限了，这时候对于网络的合理运用对我们的学习有了很大的帮助。通过对记分电路的搜索，找到了一些相关的设计，但看着电路也只有发呆的份，并不能完全看懂。经过一番努力，算是初步的了解这一部分电路的设计，在不断的完善设计中不断的学习和对电路的了解。 完成了课程设计，就如同经历了一次学习革命，更加的清楚自己该如何的去学习，如何的去掌握知识的运用，为以后的专业发展和工作奠定基础。 七、参考文献 [1]《数字电路技术基础教程》 阎石 主编 清华大学出版社 [2]《电子线路设计·实验·测试》（第四版） 罗杰 谢自美 主编 电子工业出版社 [3]NBA篮球比赛计分牌 周星全 [4]篮球计分牌的毕业设计