2012届本科课程设计。
比赛用换人电子显示板的设计。
姓名。系别： 物理与信息工程系
专业： 电子信息工程
学号。指导教师。
2023年2月。
物理与信息工程系课程设计评审表。
目录 1 设计任务与要求2
1.1 基本功能2
1.2 扩展功能2
2 比赛用换人电子显示板的设计原理2
2.1 优先编码电路的工作原理2
2.2 锁存器的工作原理3
2.3 译码电路与显示电路的工作原理4
3 电路设计5
3.1 显示电路的设计5
3.2 整机电路的设计5
4 设计体会8
参考资料8比赛用换人电子显示板的设计。
1 设计任务与要求。
1.1 基本功能。
设计一个比赛用换人电子显示板，可同时供9个数字按键，其编号分别是，按下相应的键会显示相应的数字。
给比赛裁判设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和换人，还有另外五个个开关是为了防止被换下的人时两位数的编号而用的，可以同时是两个显示板显示。
显示板的设计具有数据锁存和显示功能。换人时，若有要按下按钮，编号立即锁存，并在led数码管上显示选手的编号， 此外．要封锁输人电路，禁止输入其它数字键的影响，并将该显示的编码清零为止。
1.2 扩展功能。
①显示板具有定显示数字的功能，且能够显示两位数，当被换下的球员编号为12时也可以显示，所以设计过程中会选用两个显示电路，以便能够更加完善。
当显示了被换下球员的编号时可以将显示版清零，以便显示被换上球员的编号。
2 比赛用换人电子显示板的设计原理。
比赛用换人电子显示板的总体框图如图1所示，主体电路完成基本的显示和清零，即换人开始后，当输入球员的编号对应的数字键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其它数字键不小心输入对显示产生影响。
图1 比赛用换人电子显示板的总体框图。
图1所示的比赛用换人电子显示板的工作过程是：接通电源时，裁判将开关置于“清除”位置，显示板处于禁止工作状态，编号显示器灭灯；当裁判宣布换人后，将控制开关拨到“开始”位置，换人开始。
①优先编码电路立即分辨出按键的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码电路显示编号；
②控制电路要对输人编码电路进行封锁，避免其他按键输入对显示造成影响。
2.1 优先编码电路的工作原理。
优先编码器采用的是集成8线—3线优先编码器，例如设计中使用的74ls148集成器，st为选通输入端，当st＝0时允许编码；当st=1时输出y2、y1、y3、y4、ys均被封锁，编码被禁止。ys是选通输出端，级联应用时，高位片的ys端与低位片st端连接起来，可以扩展优先编码功能。
图1 74ls148逻辑功能示意图。
真值表如表1所示，体现了优先编码器的特性。
表1 优先编码器的真值表。
2.2 锁存器的工作原理。
设计中采用的是74ls279，在我们学习中又叫做同步触发器，如显示板电路所示，当r和s端输入不同的电平时将会产生不同的现象，设计中了用这一点俩完成锁存数据的功能。用qn和qn+1分别代表原来和现在的状态，其特性表如下。
表2 锁存器的特性表。
2.3 译码电路与显示电路的工作原理。
译码电路与显示电路用来完成当按下相应的数字键时输出相应的数字字形，译码电路由74ls48集成块来实现，而显示器是由七段发光二极管构成，通过译码电路的输出来控制七段二
的工作与不工作来实现从0到9，10个数字。译码电路与显示电路的真值表如图三所示，通过表我们可以清楚的知道数字字形显示的过程。
图1 74ls148逻辑功能示意图。
表3 显示译码器的真值表。
3 电路设计。
3.1 显示电路的设计。
换人电子显示板的功能：—是能对输入的按键进行相应的输出，并锁存优先输入的编号，供译码显示电路用；二是要使其它的按键操作无效。其结构构成主要包括74ls148优先编码器、w1~w5
五个锁存器、以及译码电路与显示电路，其电路组成如图3所示。
其工作原理是：当控制开关处于“清除”位置时，rs触发器的端为低电平，输出端全部为低。
电平，于是74ls48的＝0，显示器灭灯；74ls48的选通输入端＝0， 74ls48处于工作状态，此时锁存电路不工作。当裁判员将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即显示器处于等待工作状态，等待输入端i7、…i0输人信号。当有有按键按下时（如按下s5，74ls148的输出y4y3y2y1＝0000，ys＝1，经rs锁存器后，ctr＝1， 74ls279处于工作状态； 74ls279会为0101，经74ls48译码，显示器显示“5”。
此外，ctr＝1，使74ls148的st端为高电平．74lsl48处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输人。当按下的键松开后，74ls148的ys为高电平；但由于ctr维持高电平不变，所以，74ls148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接收。当需要将球员换下场时即可将该队员的相应编码对应的数字键按下即可在显示器上看到，被换下人知道后即可将开关扳向清除端，此时显示器上现实的数字被清除，再次输入换上队员的编号即可在显示板上显示出来。
3.2 整机电路的设计。
在通过设计补充以及修改过后比赛用换人电子显示板的整机电路如图4所示，整机电路的设计过程中采用了两个74ls148的级联，采用级联将原来的3-8线译码改变成了4-16线译码的形式，做级联是为了避免当球员的出现9号时没有办法显示出来，一个优先编码器只能完成从0到7，这8个数字的输出；而采用了级联就可以解决这个问题，如同图4中的那样的形式，我们选取10这线作为输入，每个对应的是相应的数字按钮，从而可以完成0到9的输入。还有整机电路采用了两个显示板，上面有开关控制，当一个显示板显示相应的数字后，将开关同时扳向另一端，输入另一个数字，这样就可以将可显示的范围扩大了，也解决了当球员的编码为两位数字无法正常显示的问题，当需要再输入其它编号时，只需将控制开关扳向清除，即可清除原来的编号，再次扳向开始端就可以输入新的编号。总之，整机电路很好的将各元件的功能联系在一起，从而完成了达到了设计的要求。
图3 比赛用换人显示板主要电路
图4 比赛用换人电子显示板的整机电路。
4 设计体会。
设计过程中不仅让我对所学知识有了更一步的巩固，还让我的实践能力得到了一定的锻炼，平时的学习中，每当我看到别的同学进行电路设计时，我看他们做觉得也不难，但当自己亲手操作时却会碰到许多的问题，而且整个过程下来会觉得特别的累，但是却会有种充实的感觉。通过对数子电路的进一步复习使我以前的知识有了一些灵活的运用，设计的电子显示板虽然能够满足要求，但是仍然存在一些不足，希望以后自己对相应的知识可以更深掌握以及灵活的应用，希望在同学和老师的帮助下有更大的进步。
参考资料。1] 崔本亮，张雷。八位竞赛抢答器电子系统电路分析与设计[j].现代电子技术，2009,32(20):198-199.
2] 韩满林。用触摸屏和plc实现四人抢答器的控制设计[j].电子工程师，2007,33(12):77-80.
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