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

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：

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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；

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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：

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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。

4.3 开关控制输入电路

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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：

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是加计数进位输出端，当加计数到最大计数值9时，

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

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：

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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：

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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。

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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。

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六、 总体电路图如下：

图9 总体电路

七、 电路工作原理

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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，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

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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.

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