四人表决器的设计 课程设计报告.docx
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四人表决器的设计课程设计报告
四人表决器的设计
设计要求
某特殊足球评委会由一位教练和三位球迷组成，对裁判员的判罚进行表决时，当满足以下条件即表示同意：
（1）有三人或三人以上同意；
（2）有两人同意，但其中一人必须是教练。
1、方案论证与对比
1．1方案一
1.1.1设计电路如图2
1.2方案二
用2输入与非门设计，同样可根据表2的真值表作卡诺图以及它的逻辑函数表达式，这里省略没作，因为与方案一比劣势明显。
该方案的电路图如下：
图12输入与非门接线图
1.3方案对比与选择
该电路的原理和方案一的区别不大，只是这个全部用的2输入与非门来实现，这个方案中其一元器件使用太过单一，而方案一中用了译码器74HC138，这就使我们更加的熟悉了译码器的适用。
其二方案一也大大减少了连线的交叉程度，方案二中因为一个芯片中含有几个与非门，只用一个又太浪费，全部用连线就会有很多交叉，使得用protel布线时带来很大的困难。
所以综合以上两个原因我们选择了方案一。
2、分析与设计
2、1译码器结构分析
四人表决器即要求四个输入端，三个球迷用三线-八线的译码器，但教练的身份比较特别，为使电路简单就直接接逻辑开关[1]。
74HC138是3线-8线译码器，其功能表如表1所示。
该译码器有3位二进制输入A0，A1，A2，它们共有8种状态的组合，即可译出8个输出信号Y0-Y7,输出为低电平有效。
此外，还设计了E3、E2和E13个是能输入端，为电路功能的扩展提供了方便。
由功能表可知，当E3=1，且E2=E1=0时，译码器处于工作状态[2]。
由功能表可得：
Y0=E3*E2*E1*A2*A1*A0
根据各输出的逻辑表达式可以写出最初的逻辑表达式，根据学校元件库能提供的元件，对逻辑表达式化简，于是最终确定完成本次设计的所有元器件，然后画出原理图，见图1
该表清楚的表达出74HC138的逻辑功能，即三输入八输出和使能端的有效电平，同时说明了74HC138的工作状态和输出有效电平。
由74HC138译码器和几个非门，或非门和与门组成的原理图电路，接通电源就进入工作状态，通过开关导通或打开表示输入各评委的投票结果，后面通过发光二极管输出并显示投票结果。
表1：
74HC138译码器功能表
输入
输出
E3E2E1
A2A1A0
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
XHX
XXH
LXX
HLL
HLL
HLL
HLL
HLL
HLL
HLL
HLL
XXX
XXX
XXX
LLL
LLH
LHL
LHH
HLL
HLH
HHL
HHH
HHHHHHHH
HHHHHHHH
HHHHHHHH
LHHHHHHH
HLHHHHHH
HHLHHHHH
HHHLHHHH
HHHHLHHH
HHHHHLHH
HHHHHHLH
HHHHHHHL
设逻辑A表示教练，B,C,D表示三个球迷，L表示投票结果，赞成用1表示，反对用0表示，通过用1表示，不通过用0表示，根据题意列真值表如下：
该真值表通过各个逻辑A、B、C、D的不同取值反映出输出L的各种状态。
不同的输入可以得到相应的输出结果即各个表决结果。
表2：
原理图的真值表
ABCD
L
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
0
0000
0010111
1
1
1
1
图2：
74HC138引脚图[3]
该引脚图能够帮助我们对74HC138各个引脚连接时清楚各个引脚的功能。
2、2框图分析
2、3电路图生成
根据以上分析以及它的功能表，真值表和框图分析可以设计出如下的电路图：
图3：
工作原理接线图
3调试及结果
3、1原理分析
工作过程：
由主持人接通电源表示投票开始，开关S1,S2,S3,S4分别表示教练A和球迷B,C,D.开关打到低电平时表示不同意，高电平表示同意。
即按下开
关就表示同意，不同意就不按开关。
开关S1不接译码器而是直接和译码器的输出端组成与非和或非。
B,C,D分别接译码器的三个输入端。
能同意的状态有三种情况：
（1）当B,C,D三个球迷都同意按下开关时不管教练是否同意都可以通过，所以此时只要Y7输出直接接非门，因为Y7是低电平有效[4]，接非门后输出结果为高电平灯亮为同意。
（2）当教练按下开关而球迷中只有两人按时，译码器输出端Y3,Y5,Y6为有效电平（低电平），此时三线接入或非门中，再与A线一起接入与门后输出结果为高电平，此结果表示同意。
（3）当教练同意前提条件下，球迷只有一人同意时也表示投票结果通过，此时译码器的Y1,Y2,Y4输出端为有效电平（低电平），此时三线接入或非门中，与非门的输出结果为高电平再与A线一起接入与门中，结果为高电平。
最后可分别把上述三种情况的输出一起接入或门中，或门的最终输出接发光二极管，灯亮的话就表示投票通过。
3、2调试及结果
所以上面的三种灯亮的情况分别是：
（1）
四人都同意：
S1,S2,S3,S4都接通；
只教练不同意，球迷都同意：
S1不接通，S2,S3,S4都接通。
（2）在教练同意的前提下（S1接通）球迷有两人同意：
S2,S3接通，S4不接通；
S3,S4接通，S2不接通；
S2,S4接通，S3不接通。
（3）在教练同意的前提下（S1接通）球迷只有一人同意：
S2接通，S3,S4不接通；
S3接通，S2,S4不接通；
S4接通，S2,S3不接通。
用到的非门，或非门，与门等都可以通过芯片来实现。
这样就大大简化了电路，也使得我们熟悉了怎么使用这些芯片。
4、总结与致谢
4.1体会
通过这次的设计，使我们明白了四人表决器电路的基本原理，了解了74LS138，74HC04（非门）,74HC02（或非门）,74HC08（与门）。
四块芯片的功能，也使我们明白了实际电路和设计电路的区别，有好多东西并不是我们想象的那么简单，电路原理看起来很简单，但实际动手却感觉非常困难，这次设计让我们认识了这点。
再者，这次设计实验让我们对理论知识有了更深刻的理解。
4.2建议：
对这次设计实验让我们认识到我们的动手能力和思维能力不足，希望以后常开展这种设计性的实验。
再次，希望下次实验老师能够多提供参考资料，多帮我们解决疑惑问题，以便更快更高质量的完成实验。
4.3致谢
在这次设计过程中得到了很多的帮助，包括李新君老师、刘永贵老师以及钟明生老师的指导，还有同学的建议，在这里特意表示衷心的感谢。
如果仅凭自己一己之力是很难完成这次设计的。
还要那些查询了的网站和参考文献提供了宝贵资料，在这里一一表示感谢！
参考文献
[1]康华光.《电子技术基础数字部分（第五版）》,[M]．北京：
高等教育出版社,2006年.
[2]金维香、谢玉梅.《电子测试技术》,[M]．长沙：
湖南大学出版社,2004年.
[3]杨碧石.《电子技术实训教程》,[M]．北京：
电子工业出版社,2005年.
[4]彭介华.《电子技术课程设计指导》,[M]．上海：
高等教育出版社,2007年.
附录
附录一用到的器材
附表1器材清单
型号/名称
数量
备注
74LS138
1
38译码器
74HC04
1
非门
74HC02
或非门
74HC08
与门
开关
4
发光二极管
1
附录二方案一中原理图
附图1总原理图
附录三PCB图
附图2原理图的布线图
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