武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计
2设计方案
2.1方案一 单片机实现
利用MCS—51内部的定时器/计数器进行中断定时,配合软件延时实现计时。该方案节省了硬件成本,并且可以综合运用定时器/计数器、中断以及程序设计的知识。采用89S51芯片作为主控模板,AT89C51是MC-51系列单片机目前运用较多的一种芯片,采用Flash ROM,内部具有4KB ROM存储空间,能与3V的超低压工作,而且具备ISP在线编程技术,利用7段共阴LED作为显示器件。在此设计中共接入了6个7段共阴LED显示器,其中3个用于记录A队的分数,3个用于记录B队分数,每队2个LED显示器显示范围可达到0~999分,足够满足赛程需方便对电路进行调试,但由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,对芯片的多次拨插会对芯片造成一定的损坏。且用单片机控制电路需要C语言编程,程序相对比较复杂。
图2-1 单片机实现计分功能框图
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2.2方案二 集成芯片实现
通过触发控制电路是计时器自动地计时,由于74LS192具有加法和减法功能每输入一个脉冲输出即按二进制加一或减一,通过译码器连接在数码管上就显示为十进制数的加减显示。而每次加减的数值可以通过输入脉冲的个数来实现,达到预定时间后芯片通过反馈的方式将电路保持为1分频,2分频,3分频的输出状态。当再次进行加分或减分时,讲分频电路清零后,再次产生分频,如此反复以达到计分的目的。
图2-2 集成芯片实现计分功能
通过对方案一和方案二的对比,方案一中单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多功能I/O口等计算机所需要的基本部件的大规模集成电路,各种功能比较齐全,具有其以体积小、功能全等特点。因为采用了C语言编程灵活性比较大,但是电路却相对比较复杂调试难度比较大,而且成本比较高。再加上由于对于单片机是刚刚学习,对于编程不是很熟练。也无法直观的表示出逻辑功能。而方案二采用集成芯片硬件计时,具有精确度比较大,稳定度好,电路连接简单等优点。并且可以根据逻辑功能自主搭配使用逻辑器件,对于进一步加深数字电路的学习有促进作用。综合比较方案一和方案二最终确定选用方案二为最终设计方案。
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3.电路原理
3.1计分部分
设计要求计分部分包括加减两部分,故考虑双时钟输入的十进制计数器74LS192。74LS192是同步十进制可逆计数器,为双时钟输入,具有同步清零和同步置数等功能,具体功能表如下:
图3-1 74LS192引脚图
图3-2 74LS192功能表
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加减电路主要使用74LS192芯片来实现。根据该芯片的功能表所示,通过一个开关来控制该电路时间加、减操作。当开关至加,输入脉冲,则做加法运算,反之则做减法运算。由BO和CO分别连接下一级的DOWN和UP以实现借位和进位的操作。
图3-3 计分部分电路
74LS192的原理图如附录的图二所示,产生的三个脉冲经过一个三输入或门合成一条信号线。它通过一个单刀双掷开关来控制74LS192的加、减的脉冲输入端,然后借位输出BO,进位CO依次输入下一片74LS192的加减脉冲的输入端来控制十位与百位的进与借位,其余的输入端则按74LS192的计数器的工作原理接好则可。CLR来控制显示器的清零端,当CLR置1时,显示为零;当CLR置0时,正常显示;就达到了清零的目的。
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3.2显示部分
数码管按照其发光二极管的连接方式不同,可分为共阳极和共阴极两种。共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平,而阳极分别由 a、b、c、d、e、f输入信号驱动,当某个输入为高电平时,相应的发光二极管点亮;共阳极数码管则相反,它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平,而阴极分别由 a、b、c、d、e、f输入信号驱动,当某个输入为低电平时,相应的发光二极管点亮。由于计数器输出的是8421BCD码,数码管不能直接显示成数字,为了让数码管显示人们看懂的数字,就需要把计数器输为了让数码管显示人们看懂的数字,就需要把计数器输出的8421BCD码转换成数码管显示的阿拉伯数字,这就需要译码器的翻译。
本设计采用DCD_HEX七段发光二极管译码显示器。DCD_HEX为共阴极LED数码管。显示器引脚从左到右依次为:4,3,2,1。该显示包含了译码功能,所以无需专门的译码器。该数码管可实现0-9的计数功能,采用三个数码管即可实现0-999的计数功能
图3-4 数码管译码显示部分
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