数电课程设计报告剖析.docx

多人投票表决系统设计一、设计要求设计并制作一套3人投票表决系统，要求：(1)当2人及2人以上投同意票后，系统显示方案通过；(2)当少于2人投同意票后，系统显示方案不通过。二、题目分析根据设计要求列出真值表：定义A、B、C分别代表三人投票，“0”表示投票赞成，“1”表示投票反对；G表示LED绿灯，“0”表示灯灭，“1”表示灯亮；R表示LED红灯，“0”表示灯灭，“1”表示灯亮。绿灯亮表示此次表决通过，红灯亮表示此次表决不能通过。 表1表决系统的真值表ABCGR0000100101010010111010001101101101011010将表达化为最小项之和进而得到表达式：，可用74LS138译码器和部分门电路实现设计要求。三、总体方案方案一：根据逻辑表达式，可选用3线-8线译码器74LS138来实现。用单刀单掷开关来表示逻辑“1”和“0”，开关闭合表示逻辑“1”，开关断开表示逻辑“0”。开关状态经138译码器输出至与非门74LS20，74LS20输出至LED，当绿色LED亮时，表示方案通过；当红色LED亮时，表示方案未通过。原理设计见图1：图1 方案一原理图方案二：在方案一种，没有考虑开关的机械特性——抖动。抖动可能会造成多次误触发。因此可利用触发器能够记忆一位二值逻辑电平的功能，来消除机械开关振动引起的干扰脉冲。因此，在上述电路的基础上，可加入RS触发器。在138译码器的输入端加入RS触发器可使输入稳定。原理设计见图2：（注：L1表示绿灯，L2表示红灯。）图2 方案二原理图方案三：在方案二中，能有效的消除机械开关带来的误动作；但是仔细分析会发现，在某一轮投票中，决策者可以临时改变自己的意见，既是在已经做出了决策后出现“反悔”有效。显然这不符合实际要求。因此，对上述方案进行改进，规定每一轮投票中只能有两种选择方式，即保持原来的“否决”或者选择“同意”，一旦表示“同意”后，即使是进行“反悔”操作也不会影响最终的判决。即“反悔”无效。将电路中的单刀双掷开关改为按钮开关；触发器使用74LS74，该触发器是上升沿有效的双D集成触发器，具有置位、复位功能。置位、复位功能可以用来预置触发器的初始状态。原理设计见图3：图3 方案三原理图比较上述三种方案，方案一中，由于机械开关的振动可能引起输入不稳定，从而导致输出多次跳变；方案二中，投票人可以临时改变自己的决策，且不知道什么时候开始下一次的投票，不能方便地设定投票的开始和结束时刻。方案三克服了前述两种方案的缺点，经小组成员讨论后决定采用方案三。四、原理图设计触发电路设计触发电路既是对表决信号的检测和保持。原理图见图4。图中S1为表决系统的使能开关，默认是接地。S1接地时，74LS74和74LS138同时被封死，74LS74输出为“0”，74LS138输出全为“1”。即在每一轮投票开始前应该使S1接入+5V。按钮开关S2、S3、S4用于决策者的决策。从图4中可以看出当有键值被录入后，都会对74LS74产生一个上升沿，此时D触发器被触发，有输出Q = D = “1”。既是表示决策者“同意”。图4 触发电路原理图表决电路设计表决电路用于对输入信号进行翻译并做出相应的指示。在图5中74LS138的输入A、B、C分别接D触发器的输出端Q，使能端E3接总开关，、接地。其输出端按照表1的真值表接相应的指示灯。具体连接见图5。图5 表决电路原理图表决系统的原理图见图6所示：图6 系统原理图图6中，三个按钮开关表示投票人的表决意见，默认初始状态为反对，即74LS74输出低电平。若投同意票，则按下按钮开关；若投反对票，则不用按按钮开关。当两人及两人以上投同意票时，绿色LED亮。当投票结束时，拨动单刀双掷开关，投票结束，两个LED熄灭。下一轮投票开始时，再回拨单刀双掷开关，此时红色LED亮，默认初始状态为反对，如此循环往复。五、各部分定性说明以及定量计算原理图6中，74LS74为上升沿有效的D触发器，当按下按钮开关时，产生一个上升沿脉冲，由于触发器D端输入一直为高电平，当上升沿脉冲到来时，触发器Q端随输入变化，即输出高电平。若按钮开关未被按下，则触发器保持默认输出状态，即输出低电平。74LS74的管脚图如图7所示，真值表见表2：图7 74LS74管脚图表2 74LS74真值表INPUTOUTPUTPRCLRCLKDLHXXHLHLXXLHLLXXHHHHLHHLLLHHLX三个触发器的输出接至138译码器的输入端、、,138译码器能将输入的3位二进制码译成8个输出变量。每个输出变量与唯一的一组输入码对应，当输入为某组码时，仅有与其对应的输出信号为低电平，其他输出均为高电平。例如当=000时，输出端仅有输出为高电平，其他均为低电平。138译码器的管脚图及真值表如图8所示：图8 74LS138管