篮球计分器.doc

篮球比赛数字计分牌

引言
该系统采用可逆计数器74LS192D和74LS161作为该设计的核心原件。以七段共阴数码管作为显示器件，CD4511作为数码管驱动器。在该设计中共有三个数码管用于显示该队的分数，数码管U10，U9，U8分别显示百位，十位，个位，可以显示0~999的分数。按下S3，百位，十位和个位复位；当球员得分或扣分为1分，则在加减一分模块进行开关按键操作；当球员得分或减分为2分时，则在加减2分模块进行按键操作。
该系统构造简单，易于制作，可普遍应用于篮球比赛或各类运动。由于制作简单，益于安装在各类球场中，也可用于学生篮球赛计分，可以取代纸质记分牌。经过适当的改造，也可以用于其他类型的比赛。
关键字 74LS192D（可逆十进制计数器） 七段共阴数码管 74LS161计数器 CD4511数码管驱动器 NE555定时器

1 设计意义与目的
1.1设计意义
篮球比赛是根据在规定时间两篮球队的得分高低来确定哪一支篮球队获胜，应用动态的电子篮球计分牌能够动态的反应两支队伍的得分情况，吸引观众的眼球，提高观众的兴趣。篮球数字计分牌设计简单，能应用于各种不同场合的篮球赛，能客观的正确的记录篮球比赛双方的得分情况。根据目前高水平比赛的要求，完善后的篮球计分牌能够时与现场的电子设备实现现场成绩处理，大屏幕转播，实现表演娱乐观众的目的。
1.2设计目的
1. 熟悉集成电路的引脚安排；
2. 熟悉芯片的逻辑功能以及使用方法；
3. 加强焊接技术和接线方面的提高；
4. 熟悉74LS192D等芯片的的逻辑功能和设计制作；
2 总体方案的设计
1. 由于篮球计分牌需要从零开始计分，要求可清零重新比赛，要求有一开关控制数码管的清零，用作复位开关。
2. 记分牌的百位，十位，个位用三个数码管显示；
3. 百位，十位，个位的加减由十进制计数器74LS192D，74LS161实现；
4. 利用防抖动的按键开关控制计数器的出发信号；
置数（加二）
置数（减二）
电路总体方框图的设计如下图所示：
数码管

数码管
数码管

置数（加一）
置数（减一）
复位
十进制加减计数器
十进制加减计数器
十进制加减计数器

3 模块设计
3.1 计数编码电路
在该模块中，核心元件是可逆加减计数器74LS192D和74LS161该部分电路的触发信号为脉冲信号。当有一个脉冲信号的到来时，对触发信号的上升沿敏感，计数器可以进行加一位或减一位的运算，也可以进行加两位和减两位的运算。74LS192D计数器是十进制的，当接收到第十个脉冲信号时，计数器将向高位进一位。74LS161是16进制的计算器，当计数器从0000变化到0011时，产生了两个脉冲。当计数器在复位时，若减去低位减去一位（两位），则高位则向低位退一位（两位）。计数器清零端对脉冲信号上升沿敏感，若接收到一个脉冲信号，则对三个计数器复位。
3.2 显示译码电路
在该模块中，核心元件是一位七段的数码管和CD4511译码器。CD4511译码器对来自计数器74LS192D的信号进行译码，驱动数码管的LED显示。因此计数器74LS192D输出的不同电平信号，经过CD4511译码后在数码管中显示着不同的数字。
3.3 开关控制电路
在该模块中，控制开关采用的是防抖动开关。因为在按键时，可能由于开关抖动造成计数的误差。因此本电路的输出脉冲必须满足0或1，才能不对输出的结果造成影响，可采用两个与非门构成基本SR锁存器的机械开关去抖动电路，产生稳定的单脉冲。
4 单元电路的设计与分析
4.1 十进制加减计数器74LS192D的引脚图与功能
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：

图5-4 74LS192的引脚排列及逻辑符号

（a）引脚排列 (b) 逻辑符号

图中： 为置数端， 为加计数端， 为减计数端， 为非同步进位输出端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端， 为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
其功能表如下：
输出
输入
MR
PL
CPU
CPD
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0

1
x
x
x
x
x

x
x
0
0
0
0
0
0
x
x
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1

1
x
x
x
x
加计数
0
1
1

x
x
x
x
减计数
4.2 CD4511驱动器的引脚及其功能表
CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。
用CD4511实现LED与接口方法如下图：

             其功能介绍如下：
            BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
            LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。
            LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
            A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
            a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。
          CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。
1. CD4511的引脚
CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚图如3-2所示。
各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示   a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。
2. CD4511的工作原理
1. CD4511的工作真值表如表3-2
2. 锁存功能
译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。
当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。如图3-3
（3）译码
CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数
据B、C进行组合，得出、、、四项，然后将输入的数据A、D一起用或
非门译码。
（4）消隐
BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路如图3-4所示。
消隐输出J的电平为
J= =（C+B）D+BI
如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D
据上式，当输入BCD代码从1010---1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。
输        入
输        出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0

0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0

1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0

0
消隐
1
1
1
X
X
X
X
锁       存
锁存
表3-2 CD 4511的真值表
4.3 数码管的引脚
数码管结构：数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0～9。

5 总体电路图
篮球计分牌的总体电路如下图所示：

6 工作原理
篮球计分牌的计分范围为0～999.按下S3，三个数码管复位；当一球员得分为一分或两分时，按下一次S1或S10，数码管个位加一分或两分。当个位数码管显示为9时，若按下S1，则从个位向十位进一位；当个位，十位均为9时，按下S1，则向百位进一位。反之，若按下S2则个位减一；若个位为0，按下S2，则十位退一位，以此类推。当计分或记错分要减分时均可实现。
7 软件仿真
计数器复位如下图所示：

计数器加一位：

计数器加两位：

计数器显示最大值：

8 仪器与设备
1. 仿真软件multism 12.0
2. 集成电路74LS192D三片，555定时器1片，74LS161一片
3. 数码管3个，数码管驱动器CD4511 3个
4. 按键开关8只
5. 5V直流电压源一只

9 不足和注意事项
本次实验设计有许多地方是有待改进的，比如在本次设计中，运用的开关按键过多，容易造成混乱，难以实现便利；在实际焊接中，每个开关都要有防抖动设计，造成了材料的浪费，增加了焊接成本；在实际比赛中，分值设置无需到999，可以用其它便宜的元件代替74LS192D，实现设置到199即可，可采用JK触发器实现。在实际的焊接中，还应该注意考虑555定时器产生的方波，尽量使占空比为50%，而且频率不能太过大。
10 心得与感悟
在本次设计中，虽然有些考虑不够详细和完善的地方，但总体设计还是比较满意的。经过此次设计，掌握了集成电路的应用的一些方法，熟悉了可逆计数器74LS192D的功能与应用。在电路焊接技术上，也有了一定的提高，可定了这次的动手设计的成果。通过本次的设计，学会了上网找资料，也对中小规模的电路设计的方法步骤有了更深一步的认识。
之前的数电实验，单纯是实验某个集成元件的具体功能是如何，对集成元件的功能进行检验。而此次的设计则不同，需要按照一定的思维方法步骤去完成，从最开始的总体设计到每一个模块的设计，都是有规律按步骤进行，这样不仅培养了个人的严谨思维，也提高了个人在设计中所需要的基本素养。在通过本次的设计，对multism 12.0仿真软件又有了更深的认识，更加的熟悉这门软件。在焊机具体电路时，也遇到许多一些平时没有注意的问题，比如数码管在仿真中是四个引脚，但是在实际中，一位数码管有10个引脚，应该如何焊接，都有了新的认识和提高。在设计过程有些需要完善的地方，比如如何利用其它芯片的功能减少开关的个数以及按键开关的防抖动设计等。之前许多未考虑过的因素，但是经过数电课程的学习和深入，也有了一定的进步，同时也更加了解该设计的原理和学会了查找相关的书籍，提高了学习的能力。
但是，由于自己所学的专业知识有限，以及在设计中有些细节考虑难免没有那么详细，此次的设计中难免有些瑕疵。在之后的学习中，会不断的丰富个人的专业素养，对设计的电路会不断的改变和完善，以达到更高的要求。同时，也非常感谢老师能为我们提供这个机会，这不仅对我们大学专业的知识有了一定的提高，也在一定程度上培养了我们的专业思维，对我们的学习有非常大的帮助，肯定了自己也提高了自己的水平，充满了信心。

参考文献
【1】康华光. 电子技术基础.北京.高等教育出版社。2006