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纯数字电路4人投票系统设计 附Proteus仿真电路图

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四人投票,其中一人为裁判,裁判与其他三人中至少一人同意或其他所有人同意即通过,通过点阵显示勾,不通过显示叉,不包含单片机。

4人中有一人为裁判,若裁判和另外1人以上支持,则结果为通过;若裁判不支持则必须另外3人同时支持才算通过。通过在8*8点阵上显示√,不通过显示×。

投票者四人,表示四个输入,每人的投票只有两种情况,支持或不支持。四人的投票结果最终联合决定选手的的最终结果,只有一个输出,输出结果有两种情况,通过或不通过。以1代表支持或通过,0代表不支持或不通过。A、B、C、D为四位投票者,其中A为裁判。
裁判A和其余三人中至少一人支持或其余三人同时支持才算通过,其余情况不通过,列出其真值表如下:

根据真值表可以得到如下逻辑表达式

2.       8*8点阵显示

点阵的显示有两种,最终结果为通过则显示√,不通过则显示×。8*8点阵结构如图:

         

可以看到,其有16个引脚,16个引脚分为两组,分别对应点阵中二极管的输入和输出,从图中可以看到,R组对应输入,C组对应输出。当点阵中二极管满足输入为高电平输出为低电平时,即可点亮,但由于同一行的二极管输入并联,同一列的二极管输出并联,故若只点亮一个点,需保证其对应输入R为高,其余R为低,对应输出C为低,其余C为高。通过快速点亮不同二极管,由于人眼的感应延迟,形成图形效果。

故勾叉的显示,可以通过快速依次点亮图形对应二极管实现。

如图可以确定×的点亮引脚组合:

(R1,C1)、(R1,C8)、(R2,C2)、(R2,C7)、(R3,C3)、(R3,C6)、(R4,C4)、(R4,C5)、(R5,C5)、(R5,C4)、(R6,C6)、(R6,C3)、(R7,C7)、(R7,C2)、(R8,C8)、(R8,C1)

如图勾的显示

√的点亮引脚组合:(R5,C1)、(R6,C2)、(R7,C3)、(R6,C4)、(R5,C5)、(R4,C6)、(R3,C7)、(R2,C8)

当引脚组合的点亮条件(R为正,C为负)依次满足即可实现点阵点的依次点亮。

3.      总体方案:3.       方案原理

使用3-8译码器和相应的与或非门对汉字进行编码,行选线和列选线产生电路分别为显示屏的行与列提供选通线,通过高位的控制信号实现勾或叉的显示,计数器为译码器提供地址输入,计数脉冲由信号发生器提供输入。

电路的工作原理是:时钟脉冲输入时,计数器进行计数,由表决逻辑电路作3-8译码器的选通,计数器的输出低三位做地址输入的3-8译码器输出以驱动列选线产生电流,计数器同时为行选线提供地址线,随着计数器的变化,点阵逐行扫描,显示屏上显示出图形。

总体框图如下:


4.       器件选择

3 线8 线译码器:74LS138

计数器:74LS90

点阵:ULM-1088BS

三输入与门:CD7013

三输入或门:CD7015

两输入与门:74LS08

非门:74LS04

单刀双掷开关

表决逻辑电路

根据组合逻辑,表决逻辑电路如下

图 1:表决逻辑电路图

使用单刀双掷开关代表四人投票选择,当开关拨向上,输入高电平,代表支持。当开关拨向下,输入低电平代表不支持。


4.      分频电路

图 2:分频电路仿真图

分频电路如图所示,左边为地址计数器,右边的Q3为输出

5.       译码电路

译码电路如图所示,由三片74ls138构成,左ABC为地址输入端,三片输入端均并联至计数器输出端Q0Q1Q2,右边输出分别通过门电路作行选通或列选通的控制信号。在计数器的计数控制下,实现行和列的循环扫描。

6.       列选线产生电路

本实验需产生两种图形,‘√’,‘×’,将其在点阵中的数字表示如下

图 3:列选线仿真电路图

7.       点阵显示电路

图 4:点阵显示电路仿真图

5.      总电路

图 5:总电路仿真图

6.      各部分定性说明以及定量计算:

图 6:74ls90功能表

图 7:74ls90引脚图



图 8:74ls138功能表

图 9:74ls90引脚图

图 10:CD4075引脚图

图 11:CD407引脚图

图 12:74ls04引脚图

7.      在设计过程中遇到的问题及排除措施:

(1)短路检测:在完成电路的焊接后,首先使用万用表对各相邻焊点进行短路检测,检测到有不该短路的焊点发生短路,将其重焊。

(2)断路检测:使用万用表对各导线连接的焊点进行通断检测,对出现问题的焊点进行补锡或重焊。

(3)通电检测:无短路发热现象

(4)功能检测:第一次调试点阵无法点亮,由于各连线和焊点无短路断路现象,推断是电路连接错误,无点阵点点亮,从点阵反推,检查138输出到点阵输入连接无错误,然后是138译码电路使能,138译码电路在未使能情况电平全为高,两种情况会导致出现此情况,一种是输入无效,一种是使能端错接,首先检测,使能端连接及通电时电平无误后,检测其输入,输入端与90的连接无问题,对90的输出电平进行检测,测得其电平电压2.3V,此为不正常电平电压,对其供电接地进行检测,查询引脚,发现是引脚接错。

修正后将开关拨至通过状态组合,√图形成功显示。拨至不通过状态,不能正常显示‘×’状态。只能显示半×,对未显示的×部分电路反向检测,其到138之间的逻辑电路无问题,检测138选择,138的选择通过非门实现,检测非门电平,发现控制电路对非门电平切换无影响,检测其连线,未接,修复后功能正常实现。在后面依然出现一些不稳定的问题,这在芯片与底座连接和焊接之间有一定关系。

8.      设计心得体会:

本设计在最开始设计时并未想到使用组合逻辑,完全通过在proteus上通过仿真拼凑功能,是第一次使用点阵,并未想到可以将其引脚状态作为输出,而把3-线8线译码器的输出作为输入,来设计其中间的逻辑电路,第一次使用点阵,也走了不少弯路,最开始以为点阵是可同时点亮,则可以通过对多位引脚直接同时置位输出图形,并未想到会用时序,在几次proteus试验和查阅资料后才基本了解其点亮模式,整个电路的设计也是从点阵开始,以行扫为中心,列扫编码图形,再反推选用138译码芯片,利用138从1到8顺序选择的特性,而138译码器的驱动,需用计数进位芯片,故选用了90,这样步步推进才达到整个电路的完成,但这样并未结束,在后期小组又发现可以从138到点阵输入输出入手,推导逻辑电路,但由于时间,并未完全理清,但至少知道能够对电路进行进一步优化。本次设计遇到许多困难,无论设计与焊接,但通过为条件与功能的思考,从逻辑上分析可能出现的问题,有条而不紊,最终也功能完整的实现了功能,在设计与焊接,调试,每一步都需有耐心,不能用抱怨封死思路,这也是本次的一些感受。


附录:


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沙发
ID:767659 发表于 2020-6-2 16:59 | 只看该作者
好啊漂亮
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板凳
ID:967108 发表于 2021-9-19 14:31 | 只看该作者
猛啊  布线好看啊
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地板
ID:1012466 发表于 2022-3-23 13:41 | 只看该作者
可以有学习意义

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5#
ID:998865 发表于 2022-3-31 16:37 | 只看该作者
刚入门电子电路的我,觉得不难,回家protues搞起
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6#
ID:1099577 发表于 2023-11-14 13:04 | 只看该作者
点阵图不清晰
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