四人表决器的设计课程设计报告

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1 2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
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
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）①四⼈都同意：S1,S2,S3,S4都接通；②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：① S2,S3 接通，S4不接通；② S3,S4接通，S2不接通；③ 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：① S2接通，S3,S4不接通；② S3接通，S2,S4不接通；③ 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
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。