純數字電路4人投票系統設計附Proteus仿真電路圖

ID:377946 · 發表于 2019-12-28 16:25

四人投票，其中一人為裁判，裁判與其他三人中至少一人同意或其他所有人同意即通過，通過點陣顯示勾，不通過顯示叉，不包含單片機。

4人中有一人為裁判，若裁判和另外1人以上支持，則結果為通過；若裁判不支持則必須另外3人同時支持才算通過。通過在8*8點陣上顯示√，不通過顯示×。

投票者四人，表示四個輸入，每人的投票只有兩種情況，支持或不支持。四人的投票結果最終聯合決定選手的的最終結果，只有一個輸出，輸出結果有兩種情況，通過或不通過。以1代表支持或通過，0代表不支持或不通過。A、B、C、D為四位投票者，其中A為裁判。
裁判A和其余三人中至少一人支持或其余三人同時支持才算通過，其余情況不通過，列出其真值表如下：

根據真值表可以得到如下邏輯表達式。

2. 8*8點陣顯示

點陣的顯示有兩種，最終結果為通過則顯示√，不通過則顯示×。8*8點陣結構如圖：

可以看到，其有16個引腳，16個引腳分為兩組，分別對應點陣中二極管的輸入和輸出，從圖中可以看到，R組對應輸入，C組對應輸出。當點陣中二極管滿足輸入為高電平輸出為低電平時，即可點亮，但由于同一行的二極管輸入并聯，同一列的二極管輸出并聯，故若只點亮一個點，需保證其對應輸入R為高，其余R為低，對應輸出C為低，其余C為高。通過快速點亮不同二極管，由于人眼的感應延遲，形成圖形效果。

故勾叉的顯示，可以通過快速依次點亮圖形對應二極管實現。

如圖可以確定×的點亮引腳組合：

（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）

如圖勾的顯示

√的點亮引腳組合：（R5,C1）、（R6，C2）、（R7，C3）、（R6，C4）、（R5，C5）、（R4，C6）、（R3，C7）、（R2，C8）

當引腳組合的點亮條件（R為正,C為負）依次滿足即可實現點陣點的依次點亮。

3. 總體方案：3. 方案原理

使用3-8譯碼器和相應的與或非門對漢字進行編碼，行選線和列選線產生電路分別為顯示屏的行與列提供選通線，通過高位的控制信號實現勾或叉的顯示，計數器為譯碼器提供地址輸入，計數脈沖由信號發生器提供輸入。

電路的工作原理是：時鐘脈沖輸入時，計數器進行計數，由表決邏輯電路作3-8譯碼器的選通，計數器的輸出低三位做地址輸入的3-8譯碼器輸出以驅動列選線產生電流，計數器同時為行選線提供地址線，隨著計數器的變化，點陣逐行掃描，顯示屏上顯示出圖形。

總體框圖如下：

4. 器件選擇

3 線8 線譯碼器：74LS138

計數器：74LS90

點陣：ULM-1088BS

三輸入與門：CD7013

三輸入或門：CD7015

兩輸入與門：74LS08

非門：74LS04

單刀雙擲開關

表決邏輯電路

根據組合邏輯，表決邏輯電路如下

圖 1：表決邏輯電路圖

使用單刀雙擲開關代表四人投票選擇，當開關撥向上，輸入高電平，代表支持。當開關撥向下，輸入低電平代表不支持。

4. 分頻電路

圖 2：分頻電路仿真圖

分頻電路如圖所示，左邊為地址計數器，右邊的Q3為輸出

5. 譯碼電路

譯碼電路如圖所示，由三片74ls138構成，左ABC為地址輸入端，三片輸入端均并聯至計數器輸出端Q0Q1Q2，右邊輸出分別通過門電路作行選通或列選通的控制信號。在計數器的計數控制下，實現行和列的循環掃描。

6. 列選線產生電路

本實驗需產生兩種圖形，‘√’，‘×’，將其在點陣中的數字表示如下

圖 3：列選線仿真電路圖

7. 點陣顯示電路

圖 4：點陣顯示電路仿真圖

5. 總電路

圖 5：總電路仿真圖

6. 各部分定性說明以及定量計算：

圖 6：74ls90功能表

圖 7：74ls90引腳圖

圖 8：74ls138功能表

圖 9：74ls90引腳圖

圖 10：CD4075引腳圖

圖 11：CD407引腳圖

圖 12：74ls04引腳圖

7. 在設計過程中遇到的問題及排除措施：

（1）短路檢測：在完成電路的焊接后，首先使用萬用表對各相鄰焊點進行短路檢測，檢測到有不該短路的焊點發生短路，將其重焊。

（2）斷路檢測：使用萬用表對各導線連接的焊點進行通斷檢測，對出現問題的焊點進行補錫或重焊。

（3）通電檢測：無短路發熱現象

（4）功能檢測：第一次調試點陣無法點亮，由于各連線和焊點無短路斷路現象，推斷是電路連接錯誤，無點陣點點亮，從點陣反推，檢查138輸出到點陣輸入連接無錯誤，然后是138譯碼電路使能，138譯碼電路在未使能情況電平全為高，兩種情況會導致出現此情況，一種是輸入無效，一種是使能端錯接，首先檢測，使能端連接及通電時電平無誤后，檢測其輸入，輸入端與90的連接無問題，對90的輸出電平進行檢測，測得其電平電壓2.3V，此為不正常電平電壓，對其供電接地進行檢測，查詢引腳，發現是引腳接錯。

修正后將開關撥至通過狀態組合，√圖形成功顯示。撥至不通過狀態，不能正常顯示‘×’狀態。只能顯示半×，對未顯示的×部分電路反向檢測，其到138之間的邏輯電路無問題，檢測138選擇，138的選擇通過非門實現，檢測非門電平，發現控制電路對非門電平切換無影響，檢測其連線，未接，修復后功能正常實現。在后面依然出現一些不穩定的問題，這在芯片與底座連接和焊接之間有一定關系。

8. 設計心得體會：

本設計在最開始設計時并未想到使用組合邏輯，完全通過在proteus上通過仿真拼湊功能，是第一次使用點陣，并未想到可以將其引腳狀態作為輸出，而把3-線8線譯碼器的輸出作為輸入，來設計其中間的邏輯電路，第一次使用點陣，也走了不少彎路，最開始以為點陣是可同時點亮，則可以通過對多位引腳直接同時置位輸出圖形，并未想到會用時序，在幾次proteus試驗和查閱資料后才基本了解其點亮模式，整個電路的設計也是從點陣開始，以行掃為中心，列掃編碼圖形，再反推選用138譯碼芯片，利用138從1到8順序選擇的特性，而138譯碼器的驅動，需用計數進位芯片，故選用了90，這樣步步推進才達到整個電路的完成，但這樣并未結束，在后期小組又發現可以從138到點陣輸入輸出入手，推導邏輯電路，但由于時間，并未完全理清，但至少知道能夠對電路進行進一步優化。本次設計遇到許多困難，無論設計與焊接，但通過為條件與功能的思考，從邏輯上分析可能出現的問題，有條而不紊，最終也功能完整的實現了功能，在設計與焊接，調試，每一步都需有耐心，不能用抱怨封死思路，這也是本次的一些感受。

附錄：